Магнитные полюса Земли — путешествие во времени
Фрагмент из книги: Тарасов Л. В. Земной магнетизм. — Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2012.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Кромка шельфового ледника, носящего ныне имя Росса.
Маршрут экспедиции Амундсена 1903—1906 годов.
Путь дрейфа Южного магнитного полюса по результатам экспедиций разных лет.
Суточный путь по результатам экспедиции 1994 года, который проходит Южный магнитный полюс в спокойный день (внутренний овал) и в магнитно-активный день (внешний овал). Средняя точка находится в западной части острова Эллеф-Рингнес и имеет координаты 78°18’ с. ш. и 104°00’ з. д. Она сместилась относительно исходной точки Джеймса Росса почти на 1000 км!
Путь дрейфа магнитного полюса в Антарктиде с 1841 по 2000 год. Показаны положения Северного магнитного полюса, установленные в ходе экспедиций в 1841 году (Джеймс Росс), 1909, 1912, 1952, 2000 годах. Чёрными квадратами отмечены некоторые стационарные станции в Антарктиде.
‹
›
Открыть в полном размере
«Наша всеобщая мать Земля — это большой магнит!» — сказал английский физик и врач Уильям Гильберт, живший в XVI веке. Четыреста с лишним лет назад он сделал правильный вывод о том, что Земля представляет собой шарообразный магнит и её магнитные полюса — это точки, где магнитная стрелка ориентируется вертикально. Но Гильберт ошибался, полагая, что магнитные полюса Земли совпадают с её географическими полюсами. Они не совпадают. Более того, если положения географических полюсов неизменны, то положения магнитных полюсов со временем изменяются.
1831 год: первое определение координат магнитного полюса в Северном полушарии
В первой половине XIX века были предприняты первые поиски магнитных полюсов на основе прямых измерений магнитного наклонения на местности. (Магнитное наклонение — угол, на который отклоняется стрелка компаса под действием магнитного поля Земли в вертикальной плоскости.
Английский мореплаватель Джон Росс (1777—1856) отплыл в мае 1829 года на небольшом пароходе «Виктория» от берегов Англии, направляясь к арктическому побережью Канады. Как и многие смельчаки до него, Росс надеялся найти северо-западный морской путь из Европы в Восточную Азию. Но в октябре 1830 года льды сковали «Викторию» у восточной оконечности полуострова, который Росс назвал Землёй Бутия (в честь спонсора экспедиции Феликса Бута).
Зажатая во льдах у побережья Земли Бутия «Виктория» вынуждена была задержаться здесь на зимовку. Помощником капитана в этой экспедиции был молодой племянник Джона Росса Джеймс Кларк Росс (1800—1862). В то время уже стало обычным делом брать с собой в подобные путешествия все необходимые инструменты для магнитных наблюдений, и Джеймс воспользовался этим. На протяжении долгих зимних месяцев он ходил по побережью Бутии с магнитометром и проводил магнитные наблюдения.
Он понимал, что магнитный полюс должен быть где-то поблизости — ведь магнитная стрелка неизменно показывала очень большие наклонения.
Нанося на карту измеренные значения, Джеймс Кларк Росс вскоре понял, где следует искать эту уникальную точку с вертикальным направлением магнитного поля. Весной 1831 года он вместе с несколькими членами экипажа «Виктории» прошёл 200 км в сторону западного побережья Бутии и 1 июня 1831 года на мысе Аделаиды с координатами 70°05’ с. ш. и 96°47’ з. д. обнаружил, что магнитное наклонение составило 89°59’. Так впервые были определены координаты магнитного полюса в Северном полушарии — иначе говоря, координаты Южного магнитного полюса.
1841 год: первое определение координат магнитного полюса в Южном полушарии
В 1840 году повзрослевший Джеймс Кларк Росс отправился на судах «Эребус» и «Террор» в своё знаменитое путешествие к магнитному полюсу в Южном полушарии. 27 декабря корабли Росса впервые встретились с айсбергами и уже в новогоднюю ночь 1841 года пересекли Южный полярный круг. Очень скоро «Эребус» и «Террор» оказались перед паковыми льдами, растянувшимися от края до края горизонта.
9 января утром Росс неожиданно для себя обнаружил впереди по курсу свободное ото льда море! Таково было его первое открытие в этом путешествии: он открыл море, которое впоследствии было названо его собственным именем, — море Росса. Справа по курсу обнаружилась гористая, покрытая снегом земля, которая вынуждала корабли Росса плыть на юг и которая, казалось, не собиралась кончаться. Плывя вдоль берега, Росс, конечно, не упускал возможности открывать самые южные земли во славу Британского королевства; так была открыта Земля Королевы Виктории. В то же время его беспокоило, что на пути к магнитному полюсу берег может стать непреодолимым препятствием.
Между тем поведение компаса становилось всё более странным.
Росс, обладавший богатым опытом магнитометрических измерений, понимал, что до магнитного полюса осталось не более 800 км. Так близко к нему ещё никто не приближался. Вскоре стало ясно, что Росс опасался не зря: магнитный полюс явно находился где-то справа, а берег упорно направлял корабли всё дальше и дальше на юг.
Пока путь был открыт, Росс не сдавался. Ему было важно собрать, по крайней мере, как можно больше магнитометрических данных в разных точках побережья Земли Виктории. 28 января экспедицию ожидал самый удивительный сюрприз за всё время путешествия: на горизонте вырос огромный проснувшийся вулкан. Над ним висело тёмное облако дыма, окрашиваемого огнём, который столбом вырывался из жерла. Этому вулкану Росс дал имя Эребус, а соседнему — потухшему и несколько меньшему — дал имя Террор.
Росс попытался идти ещё дальше на юг, но очень скоро перед его глазами возникла совершенно невообразимая картина: вдоль всего горизонта, куда хватает глаз, простиралась белая полоса, которая по мере приближения к ней становилась всё выше и выше! Когда корабли подошли поближе, стало ясно, что перед ними справа и слева огромная бесконечная ледяная стена 50-метровой высоты, совершенно плоская сверху, без каких-либо трещин на обращённой к морю стороне.
В середине февраля 1841 года после 300-километрового плавания вдоль ледяной стены Росс принял решение прекратить дальнейшие попытки найти лазейку. С этого момента впереди оставалась лишь дорога домой.
Экспедицию Росса никак нельзя считать неудачной. Ведь ему удалось измерить магнитное наклонение в очень многих точках вокруг побережья Земли Виктории и установить тем самым положение магнитного полюса с высокой точностью. Росс указал такие координаты магнитного полюса: 75°05’ ю. ш., 154°08’ в. д. Минимальное расстояние, отделявшее корабли его экспедиции от этой точки, составляло всего 250 км. Именно измерения Росса нужно считать первым достоверным определением координат магнитного полюса в Антарктиде (Северного магнитного полюса).
Координаты магнитного полюса в Северном полушарии в 1904 году
Прошло 73 года с момента определения Джеймсом Россом координат магнитного полюса в Северном полушарии, и вот теперь поиск магнитного полюса в этом полушарии предпринял знаменитый норвежский полярный исследователь Руаль Амундсен (1872—1928).
Впоследствии Амундсен писал: «Я хотел, чтобы моя детская мечта о северо-западном морском пути соединилась в этой экспедиции с другой, гораздо более важной научной целью: нахождением нынешнего местоположения магнитного полюса».
Он подошёл к этой научной задаче со всей серьёзностью и тщательно подготовился к её выполнению: изучал теорию геомагнетизма у ведущих специалистов Германии; там же приобрёл магнитометрические приборы. Практикуясь в работе с ними, Амундсен летом 1902 года объездил всю Норвегию.
К началу первой зимы своего путешествия, в 1903 году, Амундсен достиг острова Кинг-Уильям, который находился совсем недалеко от магнитного полюса.
Магнитное наклонение здесь составляло 89°24’.
Решив провести зимовку на острове, Амундсен одновременно создал здесь настоящую геомагнитную обсерваторию, которая выполняла непрерывные наблюдения в течение многих месяцев.
Весна 1904 года была посвящена наблюдениям «в поле» с целью определения координат полюса настолько точно, насколько это было возможно. Амундсен достиг успеха и обнаружил, что положение магнитного полюса заметно сместилось к северу по отношению к той точке, в которой его нашла экспедиция Джеймса Росса. Оказалось, что с 1831 по 1904 год магнитный полюс переместился на 46 км к северу.
Забегая вперёд, заметим, что есть данные о том, что за этот 73-летний период магнитный полюс не просто немного переехал на север, а скорее описал небольшую петлю. Где-то к 1850 году он сначала прекратил своё движение с северо-запада на юго-восток и лишь потом начал новое путешествие на север, продолжающееся и сегодня.
Дрейф магнитного полюса в Северном полушарии с 1831 по 1994 год
В следующий раз местоположение магнитного полюса в Северном полушарии было определено в 1948 году.
Многомесячная экспедиция в канадские фьорды не понадобилась: ведь теперь до места можно было добраться всего за несколько часов — по воздуху. На этот раз магнитный полюс в Северном полушарии был обнаружен на берегу озера Аллен на острове Принца Уэльского. Максимальное наклонение составляло здесь 89°56’. Оказалось, что со времён Амундсена, то есть с 1904 года, полюс «уехал» к северу на целых 400 км.
С тех пор точное местоположение магнитного полюса в Северном полушарии (Южного магнитного полюса) определялось канадскими магнитологами регулярно с периодичностью около 10 лет. Последующие экспедиции состоялись в 1962, 1973, 1984, 1994 годах.
Неподалёку от точки пребывания магнитного полюса в 1962 году, на острове Корнуоллис, в местечке Резолют-Бей (74°42’ с. ш., 94°54’ з. д.), была построена геомагнитная обсерватория. В наше время путешествие на Южный магнитный полюс — это всего лишь достаточно короткая прогулка на вертолёте от Резолют-Бей. Неудивительно, что с развитием средств сообщения в XX столетии этот удалённый городок на севере Канады всё чаще и чаще стали посещать туристы.
Обратим внимание на то, что, говоря о магнитных полюсах Земли, мы на самом деле говорим о неких усреднённых точках. Ещё со времени экспедиции Амундсена стало ясно, что даже на протяжении одних суток магнитный полюс не стоит на месте, а совершает небольшие «прогулки» вокруг некоторой средней точки.
Причина таких перемещений, конечно, Солнце. Потоки заряженных частиц от нашего светила (солнечный ветер) входят в магнитосферу Земли и порождают в земной ионосфере электрические токи. Те, в свою очередь, порождают вторичные магнитные поля, которые возмущают геомагнитное поле. В результате этих возмущений магнитные полюса и вынуждены совершать свои ежесуточные прогулки. Их амплитуда и скорость, естественно, зависят от силы возмущений.
Маршрут таких прогулок близок к эллипсу, причём полюс в Северном полушарии совершает обход по часовой стрелке, а в Южном полушарии — против. Последний даже в дни магнитных бурь уходит от средней точки не более чем на 30 км. Полюс же в Северном полушарии в такие дни может уйти от средней точки на 60—70 км.
В спокойные дни размеры суточных эллипсов для обоих полюсов существенно сокращаются.
Дрейф магнитного полюса в Южном полушарии с 1841 по 2000 год
Следует отметить, что исторически с измерением координат магнитного полюса в Южном полушарии (Северного магнитного полюса) дело всегда обстояло достаточно сложно. Во многом виновата его труднодоступность. Если от Резолют-Бей до магнитного полюса в Северном полушарии можно добраться на маленьком аэроплане или вертолёте за несколько часов, то от южной оконечности Новой Зеландии до побережья Антарктиды надо лететь более 2000 км над океаном. А после этого нужно проводить исследования в тяжёлых условиях ледового континента. Чтобы должным образом оценить труднодоступность Северного магнитного полюса, вернёмся в самое начало XX столетия.
Довольно долго после Джеймса Росса никто не осмеливался в поисках Северного магнитного полюса уходить в глубь Земли Виктории. Первыми это сделали члены экспедиции английского полярного исследователя Эрнеста Генри Шеклтона (1874—1922) во время его путешествия в 1907—1909 годах на старом китобойном судне «Нимрод».
16 января 1908 года судно вошло в море Росса. Слишком толстые паковые льды у побережья Земли Виктории долго не давали возможности найти подход к берегу. Лишь 12 февраля удалось перенести на берег необходимые вещи и магнитометрическое оборудование, после чего «Нимрод» взял курс обратно на Новую Зеландию.
Оставшимся на берегу полярникам потребовалось несколько недель, чтобы соорудить более или менее приемлемые жилища. Пятнадцать смельчаков учились есть, спать, общаться, работать и вообще жить в невероятно тяжёлых условиях. Впереди была долгая полярная зима. Всю зиму (в Южном полушарии она наступает одновременно с нашим летом) члены экспедиции занимались научными исследованиями: метеорологией, геологией, измерением атмосферного электричества, изучением моря через трещины во льду и самих льдов. Конечно, к весне люди уже оказались достаточно вымотанными, хотя главные цели экспедиции были ещё впереди.
29 октября 1908 года одна группа во главе с самим Шеклтоном отправилась в запланированную экспедицию к Южному географическому полюсу.
Правда, экспедиция так и не смогла до него дойти. 9 января 1909 года всего в 180 км от Южного географического полюса ради спасения голодных и измученных людей Шеклтон принимает решение оставить флаг экспедиции здесь и повернуть группу обратно.
Вторая группа полярников во главе с австралийским геологом Эджвортом Дэвидом (1858—1934) независимо от группы Шеклтона отправилась в путешествие к магнитному полюсу. Их было трое: Дэвид, Моусон и Маккей. В отличие от первой группы они не имели опыта полярных исследований. Выйдя 25 сентября, они уже к началу ноября выбились из графика и из-за перерасхода пищи вынуждены были сесть на строгий паёк. Антарктида преподавала им суровые уроки. Голодные и обессиленные, они проваливались почти в каждую расселину во льду.
11 декабря едва не погиб Моусон. Он провалился в одну из бесчисленных расселин, и только надёжная верёвка спасла жизнь исследователю. Несколько дней спустя в расселину провалились 300-килограммовые сани, едва не утянувшие за собой трёх обессилевших от голода людей.
К 24 декабря серьёзно ухудшилось состояние здоровья полярников, они страдали одновременно и от обморожения, и от солнечных ожогов; у Маккея к тому же развилась снежная слепота.
Но 15 января 1909 года они всё-таки достигли своей цели. Компас Моусона показал отклонение магнитного поля от вертикали всего в пределах 15’. Оставив почти всю поклажу на месте, они одним броском в 40 км достигли магнитного полюса. Магнитный полюс в Южном полушарии Земли (Северный магнитный полюс) был покорён. Водрузив на полюсе британский флаг и сфотографировавшись, путешественники трижды прокричали «ура!» королю Эдуарду VII и объявили эту землю собственностью британской короны.
Теперь им предстояло только одно — остаться в живых. По расчётам полярников, для того, чтобы поспеть к отходу «Нимрода» 1 февраля, они должны были проходить по 17 миль в сутки. Но они всё равно опоздали на четыре дня. К счастью, «Нимрод» сам задержался. Так что вскоре трое отважных исследователей наслаждались горячим ужином на борту корабля.
Итак, Дэвид, Моусон и Маккей были первыми людьми, ступившими на магнитный полюс в Южном полушарии, который в тот день оказался в точке с координатами 72°25’ ю. ш., 155°16’ в. д. (в 300 км от точки, измеренной в своё время Россом).
Понятно, что ни о какой-либо серьёзной измерительной работе здесь даже не было и речи. Вертикальное наклонение поля было зафиксировано лишь однажды, и это послужило сигналом не к дальнейшим измерениям, а лишь к скорейшему возвращению на берег, где экспедицию ожидали тёплые каюты «Нимрода». Такую работу по определению координат магнитного полюса нельзя даже близко сравнить с работой геофизиков в арктической Канаде, по нескольку дней ведущих магнитные съёмки из нескольких точек, окружающих полюс.
Однако последняя экспедиция (экспедиция 2000 года) была проведена на достаточно высоком уровне. Поскольку Северный магнитный полюс уже давно сошёл с материка и находился в океане, эта экспедиция проводилась на специально оборудованном судне.
Измерения показали, что в декабре 2000 года Северный магнитный полюс находился напротив побережья Земли Адели в точке с координатами 64°40’ ю.
ш. и 138°07’ в. д.
Информация о книгах Издательского дома «Интеллект» — на сайте www.id-intellect.ru
Что нового узнали учёные о дрейфе магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана
Осипов О.Д. 1, д.т.н Минлигареев В.Т.2, д.ф.-м.н Копытенко 3,
к.ф.-м.н Меркурьев С.А.3,4, Арутюнян Д.А.2,5, к.т.н Кузнецов К. М.5,
д.ф.-м.н Максимочкин В.И.5, Григорьев Е.К.6
Исследование дрейфа Южного магнитного полюса Земли и магнитного поля Мирового океана в кругосветной экспедиции
ОИС ВМФ «Адмирал Владимирский»
Введение
Для Земли магнитное поле является жизненно важным в глобальном смысле, выступает как магнитный щит от солнечных и галактических космических лучей (СКЛ и ГКЛ) для всего живого и для созданной человечеством инфраструктуры технических средств и систем по всей планете. Магнитное поле Земли (МПЗ) с древних времен привлекает внимание человечества и используется им для решения широкого круга задач.
Первоначально это было связано с мореплаванием и необходимостью решения навигационной задачи с помощью морского компаса, история которого насчитывает уже более двух тысячелетий. В настоящее время характеристики магнитного поля используют для навигации судов, летательных аппаратов, космических кораблей, для добычи полезных ископаемых. Магнитные датчики есть практически в каждом мобильном телефоне.
Поэтому наблюдение за магнитным полем Земли (МПЗ), его «поведением» и постоянный мониторинг его полюсов является особенно важным на протяжении всего периода солнечной активности.
1. Главное магнитное поле Земли. Магнитные вариации
По современным представлениям МПЗ в любой точке земной поверхности и в околоземном пространстве можно представить в виде трёх составляющих: главного (нормального) поля — диполя, полей вариаций и магнитных аномалий (Рис. 1 и 2).
Рис. 1. Межпланетное МПЗ (слева) и главное МПЗ (справа).
Изображение предоставлено участниками экспедиции
Рис. 2. Аномальное МПЗ. Мировая магнитная карта АМПЗ WDMAM (World Digital Magnetic Anomaly Map). (1:50 000 000, 2007). Изображение предоставлено участниками экспедиции
Главное магнитное поле, простирающееся на несколько радиусов Земли, защищает нас от влияния потока протонов и электронов, идущих от солнечных вспышек, а также от галактических лучей, приходящих из далекого космоса. Состояние магнитного поля в околоземном космическом пространстве контролируют наземные средства и многочисленные космические аппараты, в частности российские геостационарные спутники гидрометеорологического и гелиогеофизического назначения серии «Электро-Л».
Потоки СКЛ и ГКЛ, возмущая ионосферу и магнитосферу Земли, «доносят» вариации магнитного поля до поверхности Земли. Вклад поля вариаций в общее МПЗ может достигать 5–10 % и определяется по данным сети магнитовариационных станций, основной из которых является государственная наблюдательная сеть Росгидромета.
Головным учреждением по магнитным наблюдениям на государственной наблюдательной сети является Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова (ФГБУ «ИПГ»). Необходимо отметить, что значительные изменения магнитного поля, происходящие, в первую очередь, во время интенсивных солнечных вспышек, провоцируют на Земле магнитные бури, относящиеся к категории опасных гелиогеофизических явлений (ОГЯ). Магнитные бури по интенсивности развития, продолжительности или моменту возникновения могут представлять серьёзную угрозу энергетическим системам, протяжённым трубопроводам, системам связи, навигации, космическим аппаратам, другим высокотехнологичным системам и могут наносить значительный материальный ущерб. Как результат воздействия — магнитные бури в отдельных случаях могут влиять и на здоровье людей. Поэтому роль магнитных наблюдений в мониторинге и прогнозе ОГЯ чрезвычайно важна и её нельзя недооценивать. Магнитные наблюдения являются важнейшей частью государственной наблюдательной сети. Кроме того, необходимо наблюдение за перемещением магнитных полюсов, так как важно знать их место расположения при определении магнитного склонения для навигации, определении степени опасности полярных районов при сильных магнитных возмущениях.
Источники главного магнитного поля находятся в земном ядре. Вклад главного поля в МПЗ для большинства районов Земли является определяющим и варьируется от 80 до 98 %. Исследования показали, что главное поле изменяется со временем, для него характерно наличие вековых вариаций. В последнее время эти изменения сильно ускорились. Фундаментальные исследования в этом направлении проводят академические институты, в частности Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН и его Санкт-Петербургский филиал (ИЗМИРАН).
Определение параметров главного поля (Рис.3) производится по международным моделям, основными из которых являются IGRF (International geomagnetic reference field) и WMM (World Magnetic Model).
Среди проблем, решаемых фундаментальной геофизикой, особо следует выделить задачи по определению возраста океанической коры, изучению её строения, механизмов формирования и эволюции. Происхождение магнитного поля Земли рассматривалось ещё Альбертом Эйнштейном как одна из трёх наиболее важных нерешённых проблем в физике. Хотя теперь мы знаем, что магнитное поле создаётся в результате конвекции в металлическом внешнем жидком ядре Земли, где самогенерирующее действие динамо не даёт полю затухнуть. Но детальная физика работы геодинамо не вполне изучена.
Рис. 3. Силовая линия магнитного поля Земли, проходящая через Северный и Южный магнитный полюс (слева). Вектор напряжённости магнитного поля HТ Земли и его составляющие X, Y, Z (справа). Изображение предоставлено участниками экспедиции
В настоящее время наблюдается тенденция уменьшения дипольного магнитного момента Земли, которая отчасти связана с магнитной аномалией в Южной Атлантике, где поле на поверхности Земли сейчас примерно на 35% слабее среднего. Если эта тенденция сохранится, то это может привести к распаду дипольного поля. Ответ на вопрос, как долго будет сохраняться текущая скорость распада дипольного поля, последует ли за этим инверсия главного магнитного поля, представляет более чем академический интерес. Как отмечалось ранее — именно дипольное магнитное поле (главное поле) защищает нашу планету от СКЛ и ГКЛ.
При исследовании пространственной структуры главного магнитного поля Земли и динамики его изменений особую роль следует отвести проведению измерений на акватории Мирового океана, поскольку там практически отсутствуют магнитные обсерватории. Более 30 лет (с 1953 по 1991 гг.) на борту немагнитной шхуны «Заря» (ИЗМИРАН) проводились систематические измерения четырёх компонент геомагнитного поля — модуля вектора напряженности, горизонтальной и вертикальной составляющих, магнитного склонения, на основании которых была создана обширная база данных. В ходе этих исследований были заложены морские пункты векового хода, которые помогли отслеживать динамику изменения МПЗ в некоторых точках Мирового океана. Ключевыми районами, где проведение измерений помогает корректировать глобальные модели геомагнитного поля, являются приполярные области, то есть области близкие к Южному и Северному магнитным полюсам.
Таким образом, определение положения Северного и Южного магнитного полюсов и их движение является важной и актуальной фундаментальной и прикладной задачей. Исследование особенностей миграции магнитных полюсов Земли способствует пониманию природы генерации главного магнитного поля.
2. Аномальное магнитное поле Земли
Аномальная составляющая магнитного поля Земли (АМПЗ) — магнитное поле региональных и локальных магнитных аномалий, источники которого находятся в земной коре (Рис.2 и 4). АМПЗ обусловлено неоднородностью магнитных свойств горных пород, слагающих земную кору, и отражает особенности её строения, историю формирования и развития. АМПЗ фактически стабильная во времени составляющая магнитного поля, которая может измениться только в результате тектонических процессов или крупной антропогенной деятельности.
Рис. 4. Пример современной интерпретации данных аэромагнитной и морских съемок МПЗ: 1 — карта АМПЗ; 2 — поверхность Земли; 3 — поверхность магнитоактивных тел. Изображение предоставлено участниками экспедиции
Исследование параметров АМПЗ проводится для геологоразведочных работ, изучения в области наук о Земле, а также используется для применения в системах автономной навигации по геофизическим полям Земли.
Для изучения параметров магнитного поля Мирового океана применяются буксируемые (забортные) морские магнитометры. Магнитометрические системы подобного типа традиционно, помимо решения академических научных задач, активно используются для проведения геологоразведочных, инженерных и археологических изысканий на акватории Мирового океана ведущими отечественными и зарубежными сервисными и научно-производственными компаниями (Рис.5). Одним из отечественных предприятий по выполнению морских магнитометрических изысканий является предприятие АО «Южморгеология», стоящее у истоков становления метода морской магнитной съёмки в нашей стране. Только за последние пять лет (2015–2020 гг.) компанией (холдинг АО «Росгеология») было выполнено более 100 000 погонных километров магнитометрических измерений на акватории российского шельфа, зарубежных государств и Мирового океана.
3. Исследования дрейфа магнитных полюсов
Магнитный полюс — это блуждающая точка на поверхности северного и южного полушария Земли, где геомагнитное поле направлено вертикально (горизонтальная составляющая равна нулю). Несмотря на то, что все линии равного магнитного склонения сходятся на магнитном полюсе, склонение на самом полюсе не определено. Все компасы направлены к Южному или Северному магнитным полюсам, но в силу наличия недипольной составляющей МПЗ, стрелки непосредственно на полюса не указывают. И даже в полярных областях сходимость линий магнитного склонения не является радиальной.
До 2019 г. для расчёта главного поля использовались модели эпохи 2015 г. Во все эпохи шёл дрейф магнитных полюсов. Скорость дрейфа Северного магнитного полюса в 1970-х годах составила 10 км/год, в 2001 г. — 40 км/год, в 2004 г. — 60 км/год, в 2015 г. — 48 км/год. Начиная с 2016 г. необычно большая скорость, с которой смещается Северный магнитный полюс Земли, привела к серьёзным ошибкам в расчётах модели 2015 г. В начале 2019 г. невязка определения Северного магнитного полюса составила порядка 40 км. Для устранения такого рода ошибок с начала 2019 г. началось досрочное обновление международных моделей МПЗ. В феврале — WMM — Национальным геофизическим центром данных США (NGDC), а в декабре вышла обновлённая версия WMM 2020 (Рис.6).
Рис. 6. Карта магнитных склонений модели главного МПЗ WMM 2020. (https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/). Изображение предоставлено участниками экспедиции
В том же декабре 2019 г. Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии (IAGA) выпущена очередная версия модели IGRF-13. Эти модели необходимы для функционирования как профессиональных навигационных систем, так и бытовых навигаторов, в том числе для мобильных телефонов. С меньшими скоростями и несоосно изменялось и положение Южного магнитного полюса (ЮМП). На рисунке 6 хорошо виден узел схождения изогон (линий равного магнитного склонения) между Австралией и Антарктидой. Это и есть ЮМП.
Задача определения положения Южного магнитного полюса имеет длинную историю. Первые геомагнитные измерения (измерения склонения) в Антарктическом регионе были выполнены в ходе второй кругосветной экспедиции Дж. Кука (1772–1775). Однако оценок местоположения ЮМП не делалось. Первое экспериментальное определение местоположения ЮМП было выполнено в ходе кругосветной антарктической экспедиции русских мореплавателей Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева (1819–1821). Вскоре после экспедиции к Северному магнитному полюсу немецкий физик К. Гаусс рассчитал на основе сферического гармонического анализа нахождение ЮМП в точке с координатами 66 ° ю.ш., 146 ° в.д. Достичь этой точки и провести инструментальные измерения удалось только 16 января 1909 г. Британской антарктической экспедицией под руководством Эрнеста Шеклтона (экспедиция на «Нимроде»). Далее ЮМП определялся в 1912, 1931, 1951, 1962 гг. (Рис.7).
Рис. 7. Смещение южного магнитного полюса. Желтыми квадратами обозначены места инструментального определения магнитного полюса (https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/GeomagneticPoles.shtml). Изображение предоставлено участниками экспедиции
Продолжая традиции русских мореплавателей и первооткрывателей Антарктиды М. Лазарева и Ф. Беллинсгаузена, моряки ВМФ СССР при участии сотрудников СПбФ ИЗМИРАН определяли местоположение Южного магнитного полюса во время первой кругосветной экспедиции на ОИС «Адмирал Владимирский» и ОИС «Фаддей Беллинсгаузен» (1982-1983). Было пройдено несколько галсов в районе ЮМП с целью определения его местоположения. Научный руководитель работ — контр-адмирал Л. Митин. (Рис.8).
Последнее инструментальное определение Южного магнитного полюса проведено австралийской геологической службой на судне «Sir Hubert Wilkins» в 2000 г.
4. Кругосветная экспедиция ВМФ ОИС «Адмирал Владимирский» 2019-2020 гг.
В 2019-2020 гг. по решению министра обороны РФ в честь 200-летия открытия Антарктиды и 250-летия со дня рождения адмирала И. Ф. Крузенштерна успешно проведена кругосветная экспедиция на океанографическом исследовательском судне (ОИС) ВМФ «Адмирал Владимирский».
Одной из задач антарктической экспедиции являлось измерение параметров магнитного поля отдельных участков Мирового океана по маршруту следования и инструментальное определение координат Южного магнитного полюса в море Дюрвиля (около Земли Адели Антарктиды) и определение невязки магнитного полюса по мировым моделям. Эту задачу на ОИС выполняла объединённая геофизическая группа в составе ФГБУ «ИПГ», МГУ имени М.В. Ломоносова (физический и геологический факультеты), ИЗМИРАН и АО «Южморгеология» при поддержке Русского географического общества, Гидрометеорологической службы ВС РФ, Гидрографической службы ВМФ.
В составе геофизической группы по измерениям параметров магнитного поля проводили работы: Илья Грушников — кафедра физики Земли физического факультета МГУ (г. Москва), Вадим Солдатов — ИЗМИРАН (Санкт-Петербург), Михаил Кузякин — «Южморгеология» (г. Геленджик) (Рис.10).
Программу исследований, координацию съёмок формировали специалисты и руководство ФГБУ «ИПГ», ИЗМИРАН, геологического факультета МГУ. Определение характеристик МПЗ (модуля и полного вектора индукции магнитного поля) в Мировом океане является сложной задачей. Собственное и наведённое магнитное поле корабля требует применения буксируемых морских магнитометров. Кроме того, отсутствие в океане магнитовариационных станций затрудняет учёт переменной составляющей МПЗ. Для решения измерительных задач в экспедиции использовалось два типа приборов. Первый — классический буксируемый магнитометр. В настоящее время большинство магнитометрических измерений на акватории Мирового океана выполняется морскими протонными буксируемыми магнитометрами, а измеряемой величиной является модуль полного вектора магнитного поля.
Для выполнения задач экспедиции компанией АО «Южморгеология» был предоставлен комплект магнитометрического оборудования и опытный квалифицированный оператор, сопровождавший ход выполнения работ. Важным фактором, повлиявшим на успешное завершение работ по уточнению положения ЮМП, стало наличие у компании обширного опыта и понимание специфики выполнения магнитометрических измерений в приполярных областях (Рис.11).
Модульные площадные съёмки выполнялись с помощью протонных буксируемых морских магнитометров для измерения модуля индукции магнитного поля. Их работа осуществлялась в дифференциальном режиме для наблюдений и учёта вариаций магнитного поля. Измерения параметров МПЗ производились двумя гондолами с датчиками, работающими на эффекте Оверхаузера, буксируемыми последовательно друг за другом на расстояние не менее 300–400 м за судном, чтобы минимизировать влияние магнитного поля корабля.
Для определения положения ЮМП чрезвычайно важно знание компонент магнитного поля, поэтому в ходе съёмки были дополнительно использованы трёхкомпонентные магнитометры.
Компонентные измерения проводились с помощью магнитовариационного комплекса MVC-2, разработанного ИЗМИРАН и состоящего из трёх датчиков торсионного типа. Параллельно с этим комплексом использовался компонентный магнитометр с датчиками, основанными на магниторезистивном эффекте. Датчики были ориентированы вдоль продольной, поперечной и вертикальной оси корабля. Вся магнитометрическая аппаратура находилась в лаборатории, расположенной на корме судна таким образом, чтобы датчики находились максимально удалённо от корпуса судна с целью уменьшения влияния магнитного поля корабля на показания датчиков (Рис.12).
Эта работа велась научным сотрудником лаборатории морских геомагнитных исследований СПбФ ИЗМИРАН В. Солдатовым. Компонентные магнитометрические измерения проводились практически непрерывно на всех этапах экспедиции, что позволило выполнить десятки тысяч линейных километров морской компонентной магнитной съёмки. Это имеет большую ценность для исследования магнитного поля Земли, поскольку забортные измерения иногда не проводились в силу погодных условий. Общий объём измерений составляет несколько терабайт и требует тщательной камеральной обработки, которая будет выполнена сотрудниками лаборатории.
В ходе экспедиции проводились измерения магнитометрами обоих видов, что позволило проводить анализ и сопоставление этих измерений и постоянно контролировать работу аппаратуры. В ходе рейса несколько раз проводились исследования собственного и наведённого магнитного поля судна (девиационные работы). Для этого необходимо было определить районы и методику, согласовать предложения с руководством экспедиции. Этим в экспедиции занимался магистрант кафедры физики Земли физического факультета МГУ Грушников И.Ю. (Рис.13 и 14).
Работы по инструментальному определению ЮМП были в начале апреля 2020 г. по плану экспедиции. Несмотря на сильные шторма в Южном океане — ветер более 30 метров в секунду и 7-метровые волны, — команда «Адмирала Владимирского» выполнила одну из основных задач экспедиции.
6 апреля 2020 года судно «Адмирал Владимирский» прибыло в район съёмки магнитного поля Земли в море Дюрвиля в районе Земли Адели Антарктиды для определения положения ЮМП. Более 48 часов специалисты, члены команды в сложных метеоусловиях непрерывно проводили съёмки параметров магнитного поля. Для определения положения магнитного полюса экспедицией были проведены площадные морские магнитометрические работы с использованием трёхкомпонентного и протонного морского буксируемого магнитометра (Рис.15 и 16).
Экспериментальное определение положения магнитного полюса подразумевает проведение магнитной съёмки, по результатам которой можно определить область, где поле направлено практически вертикально. О том, что корабль находился непосредственно в районе местонахождения МПЗ, свидетельствовала, например, и «сошедшая с ума» стрелка компаса, которая меняла направление вместе с судном, разворачивалась на 180 градусов, беспричинно крутилась во все стороны.
Для параметрического определения положения ЮМП заранее была спроектирована площадная сеть наблюдений. На рисунке 17 отмечены положения полюса по данным международной модели геомагнитного поля IGRF-13 в 2020 году, а также за предыдущие годы и прогнозируемое положение. Наряду с данными модели IGRF-13 на рисунке представлены положения ЮМП по данным модели IGRF-12 и модели WMM. Если обратить внимание на историю дрейфа ЮМП, то можно заметить, что его траектория описывается не прямой, а кривой линией (Рис. 16). В 2019 и 2020 гг. направление его смещения было в направлении запад-юго-запад. Основываясь на положении полюса по данным различных моделей и тренду его смещения в прошлых годах, проектная сеть наблюдений расширена на юго-запад относительно положения полюса по данным модели IGRF-13.
Рис. 17. Ретроспективное и прогнозируемое положение ЮМП и проведённые работы по определению местоположения магнитного полюса. Изображение предоставлено участниками экспедиции
На рисунке 17 показано положение галсов детальной морской магнитной съёмки акватории Южного океана у берегов Антарктиды, выполненных ОИС «Адмирал Владимирский» с целью определения положение ЮМП (справа). Жёлтые кружки — положение полюса на эпоху, обозначенную цифрами, зелёные звёздочки — положение ЮМП по моделям WMM и IGRF-12.
В полученные данные также будут внесены поправки по магнитным вариациям на день проведения съёмок, взятые с ближайших магнитных обсерваторий, — Дюмон-Дюрвиль (Франция) в Антарктиде и на острове Маккуори (Новая Зеландия). Данные магнитных измерений в море Дюрвиля в районе ЮМП будут переданы в организации участников экспедиции, где пройдут камеральную обработку, сравнение с другими параметрами и пройдут процедуру окончательного уточнения положения Южного магнитного полюса Земли. Сводный заключительный отчёт по исследованиям МПЗ будет представлен на заседании Русского географического общества в конце 2020 г.
Заключение
Таким образом, команда ОИС «Адмирал Владимирский» спустя 20 лет после последнего инструментального уточнения магнитного полюса провела работы в районе нахождения Южного магнитного полюса вблизи берегов Антарктиды. Этот факт является серьёзным вкладом российской науки (при безусловной поддержке Военно-морского флота России и Русского географического общества) в мировую копилку достижений в познании основополагающих геофизических процессов, происходящих на нашей планете для фундаментальных и прикладных задач.
Принимая во внимание важность и глобальность подобных исследований, необходимо определить перспективы исследований и мониторинга магнитного поля Земли. Целесообразно объединение наземных наблюдательных сетей и отдельных магнитных обсерваторий Росгидромета, РАН, Минобрнауки и Росгеологии.
В международном сотрудничестве в рамках Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии IAGA, в связи с ускорением движения магнитных полюсов необходимо достигнуть договоренностей по регулярному инструментальному контролю магнитных полюсов для уточнения мировых моделей.
Используя опыт проведения Международного геофизического года — МГГ (в самый разгар холодной войны — в 1957-1958 гг.), в преддверии нового 25 солнечного цикла и в условиях непростых международных отношений, целесообразно провести Международный год магнитного поля (или новый МГГ) в целях исследования и прогнозирования «здоровья» и состояния нашей планеты.
________
Примечания
1. Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»).
2. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН).
3. Санкт-Петербургский государственный университет.
4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.
5. АО «Южморгеология», Росгеология.
Благодарности
Коллектив авторов выражает благодарность всем, кто принимал участие в подготовке специалистов, обработке результатов измерений, доставке оборудования для экспедиции, оперативно организовывал передачу информации, обеспечивал связь и координацию по маршруту следования ОИС «Адмирал Владимирский», кто осуществлял поддержку и проведение научных консультаций.
1. Руководителю экспедиции ОИС «Адмирал Владимирский», заместителю начальника Управления навигации и океанографии МО РФ Осипову Олегу Дмитриевичу.
2. Директору Института прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Росгидромета (ФГБУ «ИПГ»), докт. физ.-мат. наук Репину Андрею Юрьевичу, сотрудникам института.
3. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Физический факультет. Заведующему кафедрой физики Земли докт. физ.-мат. наук, профессору Смирнову Владимиру Борисовичу и сотрудникам кафедры.
4. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Геологический факультет. Заведующему кафедрой геофизических методов исследования земной коры, докт. физ.-мат. наук, профессору Булычеву Андрею Александровичу; доценту кафедры, канд. геол.-минерал. наук Лыгину Ивану Владимировичу; сотрудникам и студентам кафедры.
5. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН). Научным сотрудникам отдела геомагнитных исследований: канд. физ.-мат. наук Дёминой И.М., канд. физ.-матем. наук Иванову С.А., канд. техн. наук Сергушину П.А., Зайцеву Д.Б., Леваненко В.А., Петленко А.В.
6. Управляющему директору АО «Южморгеология» Красинскому Егору Михайловичу (Российский геологический холдинг «Росгеология»).
7. Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета (ФГБУ «ААНИИ»). Директору института, докт. географ. наук Макарову Александру Сергеевичу, руководителю Российской антарктической экспедиции (РАЭ), канд. физ.-мат. наук Клепикову Александру Вячеславовичу, руководителю отдела геофизики, канд. техн. наук Калишину Алексею Сергеевичу.
8. Начальнику Гидрометеорологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации Удришу Владимиру Викторовичу и сотрудникам службы.
9. Управление навигации и океанографии МО РФ. Канд. техн. наук Процаенко Сергею Владимировичу.
Литература
- Баткова Л.А., Боярских В.Г., Демина И.М. Комплексная база данных геомагнитного поля по результатам съёмок на немагнитной шхуне «Заря» // Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47. С. 571-576.
- Карасик А.М. Магнитные аномалии океана и гипотеза разрастания океанического дна // Геотектоника. 1971. № 2. С. 3-18.
- Касьяненко Л.Г., Пушков А.Н. Магнитное поле, океан и мы. Л., Гидрометеоиздат, 1987, 192 с.
- Кузнецов В.В. Причина ускорения дрейфа Северного магнитного полюса: джерк или инверсия? // Геомагнетизм и аэрономия.
2006. Т. 46. № 2. С. 280-288. - Кузнецов В.В. Положение Северного магнитного полюса в 1994 г. ДАН. 1996. Т. 348, №.3. С. 397-399.
- Кузнецов В.В. Прогноз положения Южного магнитного полюса на 1999 г. ДАН. 1998-б. Т. 361. № 2. С. 348-251.
- Морские геомагнитные исследования на НИС «Заря» // Сб. под ред. В.И. Почтарева. М., Наука, 1986, 184 с.
- Решетняк М.Ю., Павлов В.Э. Эволюция дипольного геомагнитного поля. Наблюдения и модели, Геомагнетизм и аэрономия 2016. Том 56. № 1. С. 117.
- Заболотнов В.Н., Минлигареев В.Т. Средства измерений магнитных величин: аналитический обзор // Мир измерений. 2013. № 4. С. 53-61.
- Минлигареев В.Т., Заболотнов В.Н., Денисова В.И. и др. Обеспечение единства магнитных измерений на государственной наблюдательной сети // Гелиогеофизические исследования: научный электронный журн. 2013. № 6. C. 8-19.
- Минлигареев В.Т., Алексеева А.В., Качановский Ю.М. и др. Картографическое обеспечение магнитометрических навигационных систем робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тем. вып. «Перспективные системы и задачи управления». Ростов-на-Дону, 2019. № 1 (203). С. 248-258.
- Ivanov S.A., Merkuriev S.A. Preliminary results of the Geohistorical and Paleomagnetic analysis of marine magnetic anomalies in the northwestern Indian Ocean. Recent Advances in Rock Magnetism, Environmental Magnetism and Paleomagnetism. International Conference on Geomagnetism, Paleomagnetism and Rock Magnetism (Kazan, Russia) Springer International Publishing, Proceedings of the 12th International School and Conference “Conference on Paleomagnetism and Rock Magnetism”. Springer International Publishing, 2019. — pp.479-490.
- Yu. A.Kopytenko, V.I. Pochtariev «On the ability of vector geomagnetic measurements to present information» Russian Airborne Geophysics and Remote Sensing. GTTI. SPIE. USA, v. 2111, 1993, p.196.
- Кузнецов В.Д., Петров В.Г., Копытенко Ю.А. Использование магнитного поля Земли в проблемах ориентации и навигации // Труды II Всероссийской науч. конф. «Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды». СПб.: ВКА им. А.Ф.Можайского, 2012. Т.1. С.424-432.
- Yu.A., E.A.Kopytenko, D.B.Zaitsev, P.M.Voronov, L.G.Amosov «Magnetovariation complex MVC-2» Proc. of the VI-th Workshop on Geomagnetic Observatory Instr., Data Acquisit. and Processing. Belgium. 1994, p.10.
- Kopytenko Yu.A., Petlenko A.V., Petrova A.A., Kopytenko E.A., Voronov P.M., Ismagilov V.S., Zaitsev D.B., Timoshenkov Yu.P. Peculiarities of Interpretation of Magnetic Field Components’ Data Obtained at High-Latitudes on the Board of Moving Carrier, Proceedings of the International Conference on Marine Electromagnetics: Marelec 97 : 23-26 June 1997, London UK, pp.6.
- Копытенко Ю.А., Петрищев М.С., Сергушин П.А, Леваненко В.А., Перечесова А.Д. Устройство для изготовления торсионных подвесов чувствительных элементов приборов // Патент РФ № 2519888, МПК D07B3/00, 20.06.2014, Бюл. № 17.
Что такое магнитные полюса? Как определить, какой полюс какой?
Если вы следите за нашим блогом, то, вероятно, знаете, что все магниты имеют по крайней мере один северный полюс и один южный полюс. Но что это за столбы? Что они делают? И как вы можете сказать, что есть что?
Области магнита, обладающие магнитной силой, называются « полюсов» . Когда у вас есть более одного магнита, одинаковые (или одинаковые) полюса отталкиваются или толкают друг друга. Противоположные полюса притягиваются или притягиваются друг к другу. Другими словами, северный полюс одного магнита сцепится с южным полюсом другого магнита, а два северных полюса оттолкнут друг друга. Эти акты притяжения и отталкивания называются «9».0005 магнетизм» , а магнитное пространство вокруг магнита называется « магнитным полем» (щелкните здесь , чтобы узнать больше о магнитных полях).
Если на магнитах нет маркировки «N» или «S», полюса магнита выглядят одинаково. Один из простых способов определить, какой полюс северный, а какой южный, — это поместить магнит рядом с компасом. Стрелка компаса, которая обычно указывает на северный полюс Земли, будет двигаться к южному полюсу магнита. Хотите знать секрет? Это работает, потому что стрелка компаса на самом деле является магнитом! Таким образом, северный полюс игольчатого магнита компаса притягивается к южному полюсу вашего магнита.
Еще один способ определить, где север, а где юг, — повесить магнит на веревке. Когда вы подвешиваете магнит, он автоматически поворачивается так, что один полюс указывает прямо на север, а другой прямо на юг, поэтому мы называем их полюсами « север » и « юг» .
Вы можете провести этот эксперимент дома!
- Наклейте небольшой кусочек малярной ленты на один конец стержневого магнита.
- Привяжите веревку к середине вашего магнита.
- Подвесьте магнит на веревке, а затем на линейке. Наблюдайте, как один конец ориентируется на север. Это северный полюс магнита.
- Если это конец малярной ленты, напишите « N» на ленте. Если лента на другом конце, напишите « S ».
Помните, во введении мы говорили, что все магниты имеют КАК МИНИМУМ два полюса? Стержневые магниты имеют два полюса, поэтому их магнитные поля называются дипольными означает, как вы уже догадались, два полюса ! Но некоторые магниты имеют более двух полюсов. На самом деле, у некоторых их четыре, или шесть, или даже восемь! (Они называются « октополей» — разве это не звучит как крутая игра для Play Station™?) Некоторые небесные объекты, в том числе звезды и планеты, обладают магнитными полями, а некоторые из них имеют более двух полюсов! Мы называем эти поля « мультиполей ». Земля — хороший пример дипольного магнитного поля — у нас есть один северный полюс и один южный полюс (с несколькими более слабыми мультипольными частями, но давайте не будем сейчас об этом). Но магнитные поля вокруг таких планет, как Уран и Нептун, имеют несколько магнитных полей. Круто, правда?
Вот и все: магнитные полюса — это просто!
Теги: определение магнитного полюса , диполь , Магниты Доулинга , магнитное поле , магнитная полярность , магнитные полюса , магнитный опрос , магнитные опросы , магниты , северный полюс , полюса магнита , южный полюс , что такое магнитные полюса
Share Это:
Магнитное поле Земли: объяснение | Space
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, генерируется внутри нашей планеты и распространяется в космос, создавая область, известную как магнитосфера.
Без магнитного поля жизнь на Земле , какой мы ее знаем, была бы невозможна, поскольку она защищает нас всех от постоянной бомбардировки заряженными частицами, испускаемыми солнце — солнечный ветер. (Чтобы узнать, что происходит с планетой, когда она теряет свое магнитное поле, достаточно взглянуть на Марс.)
Земля имеет два набора полюсов: географический и магнитный. Магнитное поле Земли можно визуализировать, если представить себе большой стержневой магнит внутри нашей планеты, примерно выровненный с земной осью. Каждый конец магнита расположен относительно близко (около 10 градусов) к географическим северному и южному полюсам. Линии невидимого магнитного поля Земли движутся по замкнутому непрерывному контуру и почти вертикальны на каждом магнитном полюсе.
Связанный: Событие Кэррингтона: величайшая солнечная буря в истории
Географический Северный и Южный полюса находятся там, где линии долготы сходятся согласно ГИС География (открывается в новой вкладке). Географический Северный полюс расположен посреди Северного Ледовитого океана, а географический Южный полюс находится в Антарктиде.
Магнитные полюса расположены там, где магнитные линии притяжения входят в Землю. Северный магнитный полюс, также известный как Северный полюс погружения, в настоящее время находится на острове Элсмир в Северной Канаде. Когда магнитный компас указывает на север, он выравнивается с магнитным полем Земли и указывает на Северный магнитный полюс, а не на Северный географический полюс, который на самом деле находится примерно в 310 милях (500 километров) согласно Географии ГИС!
Линии магнитного поля Земли движутся по непрерывным замкнутым петлям. (Изображение предоставлено VectorMine через Getty Images)(открывается в новой вкладке)
И чтобы еще больше запутать ситуацию, то, что мы называем Северным магнитным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом… потерпите меня в этом. Источники магнитного поля диполярны, то есть имеют северный и южный полюса. А когда дело доходит до магнитов, противоположные полюса (N и S) притягиваются, а другие полюса (N и N, S и S) отталкиваются. Поэтому, когда компас указывает на север, он на самом деле притягивается к южному магнитному полюсу, который находится недалеко от географического северного полюса, согласно веб-сайту часто задаваемых вопросов физика Кристофера Бэрда (открывается в новой вкладке) «Удивительные вопросы с неожиданными ответами».
В отличие от географических полюсов, магнитные полюса Земли не являются фиксированными и имеют тенденцию со временем блуждать. Британский полярный исследователь Джеймс Кларк Росс впервые обнаружил магнитный Северный полюс на полуострове Бутис на территории канадского Нунавута в 1831 году, согласно антарктическому туристическому сайту Antarctic Logistics . По данным Королевских музеев Гринвича, с момента своего открытия северный магнитный полюс перемещается примерно на 25 миль (40 километров) в год в северо-западном направлении . Более того, магнитные полюса Земли также «перевернулись», в результате чего север стал югом, а юг — севером. Эти перевороты магнитного поля происходят с нерегулярными интервалами каждые 200 000 лет или около того.
Что вызывает магнитное поле Земли?
Магнитное поле Земли создается так называемым процессом геодинамо. По данным National Geographic , для того чтобы планета генерировала собственное магнитное поле в процессе геодинамо, она должна обладать следующими характеристиками:
- Планета вращается достаточно быстро
- Внутри нее должна быть жидкая среда
- Внутренняя жидкость должна обладать способностью проводить электричество
- Ядро должно иметь внутренний источник энергии, который приводит в движение конвекционные потоки внутри жидкости.
Генерация магнитного поля Земли происходит глубоко внутри Земли, в слое, известном как внешнее ядро, если быть точным. По данным Геологической службы США , здесь конвективная энергия медленно движущегося расплавленного железа преобразуется в электрическую и магнитную энергию. Затем магнитное поле индуцирует электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют собственное магнитное поле, которое индуцирует больше электрических токов в петле положительной обратной связи.
Как магнитное поле защищает Землю?
Магнитосфера Земли помогает защитить Землю от вредной космической погоды. (Изображение предоставлено: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)Наш защитный магнитный «пузырь», известный как магнитосфера, защищает нас от вредной космической погоды, такой как солнечный ветер. Без магнитосферы солнечный ветер разрушил бы нашу атмосферу, лишив нашу планету живительного воздуха, которым мы дышим.
По данным НАСА , магнитосфера также защищает Землю от большого количества излучения частиц, испускаемого во время событий выброса корональной массы (CME), а также от космических лучей — фрагментов атомов — падающих на Землю дождем из Глубокий космос. Магнитосфера отталкивает вредную энергию от Земли и удерживает ее в зонах, называемых радиационными поясами Ван Аллена. Эти радиационные пояса в форме пончика могут увеличиваться, когда солнечная активность увеличивается.
Но наш защитный щит не совсем непобедим.
Сообщения по теме:
Во время особенно сильных явлений космической погоды, таких как сильный солнечный ветер или крупные корональные выбросы, магнитное поле Земли нарушается, и геомагнитные бури могут проникать в магнитосферу и приводить к широкомасштабным отключениям радио- и энергоснабжения, а также подвергать опасности астронавтов и Землю. орбитальные спутники.
В 1859 году сильная солнечная буря, известная как Кэррингтонское событие, вызвала массовые отказы телеграфной системы, а в 1989, CME сопровождал солнечную вспышку и погрузил всю провинцию Квебек, Канада, в электрическое отключение, которое длилось около 12 часов, согласно заявлению НАСА .
Степень магнитного возмущения от КВМ зависит от магнитного поля КВМ и Земли. Если магнитное поле CME выровнено с полем Земли, направленное с юга на север, CME пройдет мимо с небольшим эффектом. Однако, если CME выровнен в противоположном направлении, это может привести к реорганизации магнитного поля Земли , вызывая сильные геомагнитные бури.
Менее разрушительным и гораздо более красивым побочным эффектом возмущений магнитосферы является полярное сияние над полярными регионами Земли. Это явление известно как северное сияние (Aurora Borealis) в Северном полушарии и Южное сияние (Aurora australis) в Южном полушарии.
Возмущения в магнитном поле Земли направляют ионы вниз к полюсам Земли, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота в атмосфере Земли , создавая ослепительные световые шоу северного сияния.
КВМ могут вызвать сильные геомагнитные бури, которые приводят к впечатляющим полярным сияниям, подобным этому, изображенному на Аляске. (Изображение предоставлено: Noppawat Tom Charoensinphon через Getty Images)(открывается в новой вкладке)
Инверсия магнитных полюсов
По данным Science Daily (открывается в новой вкладке), только за последние 200 миллионов лет магнитные полюса Земли поменялись местами сотни раз раз в процессе, когда север становится югом, а юг становится севером.
По данным НАСА, магнитные полюса переворачиваются примерно каждые 200 000–300 000 лет , хотя с момента последнего переворота прошло более чем в два раза больше времени. Последнее переворот магнитного поля Земли произошло приблизительно 79 лет назад.0000 лет назад, так что мы скорее запоздали с другим. Но не волнуйтесь, магнитные полюса не поменяются за одну ночь, на смену полюсов могут уйти сотни или даже тысячи лет.
Магнитные поля на других планетах
Земля — не единственная планета в Солнечной системе, обладающая магнитным полем. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун демонстрируют магнитные поля, намного более сильные, чем у Земли, по данным Университета Юнион , хотя основные механизмы, управляющие этими магнитными полями, еще не полностью поняты.
Не каждой планете повезло иметь защитный магнитный слой. У Марса нет ни достаточного внутреннего тепла, ни жидкой внутренней части, необходимой для создания магнитного поля. Венера, с другой стороны, имеет жидкое ядро, но вращается недостаточно быстро, чтобы создать магнитное поле.
Дополнительные ресурсы
Если вы хотите узнать больше о том, как ученые исследуют внутреннюю часть нашей планеты и близлежащую космическую среду, даже не отрываясь от земли, ознакомьтесь с этими ресурсами (открывается в новой вкладке) Геологической службы США. Узнайте больше о магнитном поле Земли из этого короткого видео от Arbor Scientific (откроется в новой вкладке). Более подробно изучите магнитные и географические полюса в рамках Австралийской антарктической программы (откроется в новой вкладке).
Библиография
Baird, CS (15 ноября 2013 г.). Почему магнитный компас указывает на географический северный полюс? Научные вопросы с неожиданными ответами. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/11/15/why-does-a- Magnetic-compass-point-to-the-geographic-north-pole/ (открывается в новом вкладка)
Буис, А. (3 августа 2021 г.). Магнитосфера Земли: защита нашей планеты от вредной космической энергии – изменение климата: жизненно важные признаки планеты. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.climate.nasa.gov/news/3105/earths-magnetosphere-protecting-our-planet-from-harmful-space-energy/ (открывается в новой вкладке)
Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли? Союзный университет. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.uu.edu/dept/physics/scienceguys/2004Sept.cfm (открывается в новой вкладке)
Внутреннее пространство Земли. Национальное географическое общество. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.education.nationalgeographic.org/resource/core (открывается в новой вкладке)
Fox, KC (9 июня 2015 г.). Новый инструмент может отслеживать космическую погоду за 24 часа до достижения Земли. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.nasa.gov/feature/goddard/new-tool-could-track-space-weather-24-hours-before-reaching-earth (открывается в новой вкладке)
Магнитный север против географического (истинного) северного полюса. География ГИС. (27 мая 2022 г.). Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.gisgeography. com/ Magnetic-north-vs-geographic-true-pole/ (открывается в новой вкладке)
НАСА. (30 ноября 2011 г.). 2012: Инверсия магнитного полюса происходит все (геологическое) время. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.nasa.gov/topics/earth/features/2012-poleReversal.html (открывается в новой вкладке)
Odenqald, S. (13 марта 2009 г.). День, когда солнце принесло тьму. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с https://www.nasa.gov/topics/earth/features/sun_darkness.html (открывается в новой вкладке)
РМГ. Экспедиция Джона и Джеймса Кларк Росс по Северо-Западному проходу 1829–1833 гг. Королевские музеи Гринвича. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.rmg.co.uk/stories/topics/john-james-clarke-ross-north-west-passage-expedition-1829-33 (открывается в новой вкладке)
ScienceDaily. (28 декабря 2009 г.). Пока мир вращается: жидкое внешнее ядро Земли медленно «перемешивается» серией волн длиной в десятилетия. ScienceDaily. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2009/12/091223222743. htm (открывается в новой вкладке)
Сэр Джеймс Кларк Росс. Антарктическая логистика и экспедиции. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.antarctic-logistics.com/2010/08/28/sir-james-clark-ross/ (открывается в новой вкладке)
USGS. Как ядро Земли генерирует магнитное поле? USGS. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.usgs.gov/faqs/how-does-earths-core-generate- Magnetic-field (открывается в новой вкладке)
.Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space. Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой.