Предложено простое объяснение инверсии магнитных полюсов Земли • Юрий Ерин • Новости науки на «Элементах» • Физика, Науки о Земле
На протяжении всей геологической истории Земли магнитные полюса нашей планеты неоднократно менялись местами. Такую смену полюсов называют геомагнитной инверсией. Исследователи из Франции предложили простую модель, которая объясняет данное явление. Согласно их теории, на дипольную компоненту геомагнитного поля, которая приводит к существованию двух полюсов, накладывается «шумящая» квадрупольная мода. Воздействие такого «шума» и приводит к инверсии магнитных полюсов.
Считается, что магнитное поле Земли существует уже более 3 млрд лет. Исследования истории геомагнитного поля показывают, что на протяжении всего времени своего существования это поле было непостоянным и хаотическим образом меняло полярность — северный магнитный полюс становился южным и наоборот. Такой процесс называют инверсией магнитных полюсов Земли. Согласно палеомагнитным данным, последняя инверсия магнитного поля произошла приблизительно 780 тыс.
лет назад. Особенностью таких изменений полюсов является их высокая, по меркам геологической истории нашей планеты, скорость — смена полюсов происходит приблизительно за 10 тыс. лет. Источником палеомагнитных данных служат горные породы, которые содержат в себе ферро- или ферримагнитные компоненты. Дело в том, что в момент своего образования осадочная или магматическая порода приобретает намагниченность, направление и величина которой соответствует величине магнитного поля данной геологической эпохи. Иными словами, минерал как бы «замораживает» в себе геомагнитное поле в момент существования данной породы.
В настоящее время земное магнитное поле представляет собой магнитный диполь (см. рис. 1). Истинный южный магнитный полюс (отрицательный, где силовые линии магнитного поля «входят» в планету) расположен вблизи Северного географического полюса (в Канадском секторе Арктики), истинный северный магнитный полюс (положительный, где силовые линии «выходят» из Земли) сейчас находится недалеко от Южного географического полюса (в Индийском океане вблизи Антарктиды).
Однако условно магнитные полюса Земли принято называть в соответствии с их географическим положением — южный магнитный полюс для удобства договорились считать северным, и наоборот. При этом ось магнитного диполя имеет наклон приблизительно в 11,5 градусов по отношению к земной оси вращения, а центр магнитного диполя смещен от центра Земли приблизительно на 430 км.
Магнитные полюса перемещаются по поверхности нашей планеты со скоростью до 40 км в год. Так, Северный магнитный полюс в 1900 году имел координаты 69° с. ш. и 97° з. д., а в 2005 году — 83° с. ш. и 118° з. д. То есть он двигался на север и запад, приближаясь к Северному географическому полюсу. А южный магнитный полюс за этот же период сместился из точки с координатами 72° ю. ш. и 148° в. д., в точку с координатами 64° ю. ш. и 138° в. д. Т.е. он перемещался на север и запад, удаляясь от южного географического полюса.
Наличие у Земли магнитного поля и его ярко выраженную дипольную структуру принято объяснять с помощью теории так называемого геодинамо.
Считается, что главной причиной рождения магнитного поля является наличие у нашей планеты жидкого внешнего ядра (внутреннее ядро с глубины 5120 км и до центра Земли — твердое). Температура нижних слоев внешнего ядра выше, чем на его периферии, поэтому за счет тепловой конвекции происходит перемешивание жидких электропроводящих масс железа. Из-за вращения Земли скорость течения должна была бы во внешней части ядра быть больше, чем во внутренней. Однако поднимающаяся из глубины разогретая жидкость тормозит вращение внешних слоев внешнего ядра, а встречные, более холодные, нисходящие потоки, наоборот, ускоряют внутренние слои. Получается, что внутренняя часть внешнего ядра вращается быстрее внешней и играет роль своеобразного ротора (то есть вращающейся части) генератора, а внешняя — роль статора (неподвижной части). Отсюда и название модели — земное динамо, или геодинамо. Подобные течения порождают кольцеобразные электрические токи, которые производят суммарное магнитное поле дипольного характера.
Чтобы подкрепить количественно гипотезу геодинамо, ученые не раз прибегали к численному анализу сложной системы магнитогидродинамических уравнений, описывающую данную модель. Среди многообразия публикаций на эту тему здесь стоит упомянуть расчеты 3D-модели геодинамо, выполненные Гэри Глацмайером и Полом Робертсом. На суперкомпьютерах того времени (1995 год), работавших около 2000 часов, ученым удалось пронаблюдать рождение и эволюцию геомагнитного поля в течение «всего лишь» 40 тыс. лет. Тем не менее в результате решения трехмерных уравнений магнитной гидродинамики они получили не только дипольную структуру геомагнитного поля, но и «увидели» в конце расчетного интервала времени его инверсию. Работа Глацмайера и Робертса в том же году была опубликована в журнале Nature (в открытом доступе эту статью можно увидеть здесь).
Инверсию магнитного поля в модели геодинамо можно наблюдать и в лабораторных условиях. Среди таких опытов наиболее известен эксперимент Теодора фон Кармана.
Земное динамо воспроизводилось с помощью установки, изображенной на рис. 2 (описание установки приводится по статье M. Berhanu et al. Magnetic field reversals in an experimental turbulent dynamo в журнале Europhysics Letters).
В установке фон Кармана генерирование магнитного поля происходит в расплавленном электропроводящем натрии (температура плавления 98°C), который заключен в двух концентрических медных цилиндрах. Движение жидкого натрия происходит во внутреннем цилиндре. Пространство между цилиндрами также заполнено расплавленным щелочным металлом, но находящимся в состоянии покоя. Два лопастных колеса присоединены к торцам внутреннего цилиндра и располагаются внутри него, заставляя натрий вращаться. Частота вращения пропеллеров F1 и F2 может меняться независимо друг от друга вплоть до 26 Гц. Как видно из описания, данная установка напоминает процессы, происходящие в недрах Земли: аналогом электропроводящей железной массы здесь является жидкий натрий, также проводящей ток; внутренний цилиндр соответствует внутренней области внешнего ядра; внешний цилиндр — периферии внешнего ядра.
Специальными приборами фиксируется временная зависимость индукции рождающегося в таком эксперименте магнитного поля, обладающего приблизительно дипольной структурой. В эксперименте фон Кармана также наблюдалась инверсия рождающегося магнитного поля, выражающаяся в перемене знака его напряженности (нижняя часть рис. 2, красная кривая), что еще раз подтверждает правильность гипотезы геодинамо.
В вышедшей недавно в журнале Physical Review Letters статье Simple Mechanism for Reversals of Earth’s Magnetic Field французские ученые предложили простую теорию, основанную на модели геодинамо, которая объясняет инверсию магнитного поля Земли, не прибегая к численному анализу чрезвычайно сложных уравнений магнитной гидродинамики, как, например, в модели Глацмайера—Робертса.
Вообще говоря, магнитное поле Земли можно представить как сумму стабильной дипольной и нестабильных квадрупольной, октупольной и т. д. компонент, или мод (см. мультиполь). Моды выше чем дипольная рождаются из турбулентных флуктуаций течения электропроводящего железа внутри Земли.
Авторы статьи в своей теории аппроксимируют геомагнитное поле суммой дипольной и квадрупольной мод, при этом последняя, согласно их модели, действует как белый шум на основную дипольную компоненту.
Благодаря такому шуму геомагнитные полюса отклоняются от своих устойчивых положений равновесия и переходят в так называемые седловые точки, или точки неустойчивого равновесия (см. рис. 3, ±Bs; здесь B обозначает индукцию магнитного поля, s — stable «устойчивый», ±Bu, u — unstable «неустойчивый»). Дальше ситуация может развиваться по двум сценариям (возникает бифуркация системы): полюса могут медленно вернуться в прежнее устойчивое положение — такая несостоявшаяся инверсия называется экскурсом, либо они начнут притягиваться и быстро двигаться к противоположным точкам равновесия — в этом случае происходит инверсия.
По сути, наблюдается бистабильная система, которая под действием шума хаотически может менять свое положение равновесия. Поскольку воздействие шумящей квадрупольной моды на дипольную является слабым, то вероятность смены полюсов низка.
А значит, неудивительно, что в истории Земли были продолжительные периоды, называемые суперхронами, в течение которых не происходили инверсии магнитных полюсов.
Свои качественные рассуждения авторы теории подкрепляют количественными математическими расчетами. В их модели эволюция магнитного поля Земли описывается простым (в сравнении с магнитогидродинамическими уравнениями) уравнением, решая которое, ученые получают временную зависимость дипольного момента (по сути, напряженности) магнитного поля Земли (см. рис. 4, верхний график). На этой временной зависимости наблюдается большая скорость инверсии магнитного поля, непериодические колебания его напряженности, соответствующие экскурсам, и наличие суперхронов.
Таким образом, в теории французских исследователей наблюдается и объясняется всё то, что присуще поведению магнитного поля в эксперименте фон Кармана (рис. 4, средний график) и, что самое главное, эволюции геомагнитного поля (рис. 4, нижний график).
Источник: François Pétrélis, Stéphan Fauve, Emmanuel Dormy, Jean-Pierre Valet.
Simple Mechanism for Reversals of Earth’s Magnetic Field // Physical Review Letters 102, 144503 (2009).
Юрий Ерин
Как изучают полюса Земли по фото из космоса. Фото полюсов из космоса.
Северный и Южный полюса из всех мест на нашей планете были исследованы самыми последними. Это, конечно, легко объяснимо, ведь их удалённость и суровость климата не позволяют человеку без специальной подготовки достигнуть их.
Первая попытка исследовать Северный полюс Земли была предпринята в начале 17-го века англичанином Генри Гудзоном. Интерес к этому региону был обусловлен поиском кратчайшего пути из Европы в Китай. Однако у восточного побережья Гренландии путь на север исследователю преградили льды. Первыми достигли Северный полюс, и их достижение не было подвергнуто сомнению, участники советской высокоширотной воздушной экспедиции «Север-2». Руководил экспедицией начальник Главсевморпути Александр Кузнецов, участники: Павел Гордиенко, Павел Сенько, Михаил Сомов, Михаил Острекин и другие.
Официальное открытие Антарктиды
А первым человеком, официально открывшим Антарктиду и ступившим на ее “землю”, стали наши соотечественники Фаддей Беллинсгаузен и Михаил Лазарев. В составе экспедиции к южному полюсу Земли он и его команда впервые достигли берегов Антарктиды. Однако очертания материка и его геология оставались под завесой тайны еще долгие годы после открытия. После этого множество ученых предпринимали попытки достигнуть южного полюса Земли и каждый внес определенный вклад в исследование материка. Однако именно норвежец Руаль Амундсен с 5-ю спутниками 14 декабря 1911 года после 2-х месячного изнурительного похода смог достигнуть крайней отметки 9000’00″ южной широты. Примечательно что почти одновременно с ними пытались достигнуть южного полюса Роберт Скотт и его команда.
Когда получено первое фото полюса из космоса?
В наше время исследование столь отдаленных от привычной жизни мест уже не выглядит чем-то сложным. Спутниковые системы позволяют регулярно получать свежую достоверную информацию о любой точке на планете, в том числе о полюсах Земли.
Первые фото полюсов из космоса были получены в 1960-х годах с американских метеорологических спутников ESSA.
Фото Северного полюса со спутника ESSA 7 от 23.11.1968 гЭтот снимок породил множество домыслов об огромной дыре на Северном полюсе и так называемом «входе в подземный мир». Однако чёрное пятно на изображении есть ничто иное, как дефект съёмки.
Снимки Антарктиды из космоса высокого разрешения
Снимок Антарктиды с полярным сиянием
В эпоху цифровой съёмки исследование полюсов Земли затрудняет только то, что орбита большинства действующих спутников заканчивается примерно на 80-х параллелях, то есть они физически не могут отснять столь отдалённые места. Но так или иначе миссия NASA Landsat-7 выполнила полную детальную съёмку Антарктиды и Южного полюса. С 1999 по 2001 год было сделано более 11 000 снимков с разных ракурсов. Далее за 7 лет учёным удалось создать самую детальную на тот момент карту Антарктиды ― её точность десятикратно превышала все имеющиеся на тот момент материалы. Это позволило восполнить пробелы в изучении рельефа и ландшафтов. Во время составления карты учёные обнаружили крайне интересные факты: на снимках были чётко видны кратеры потухших вулканов, а это значит, что Антарктида не всегда была скована льдами.
В 2018 году учёные из университета Миннесоты, Иллинойса и Огайо завершили создание самой совершенной на данный момент цифровой модели рельефа (ЦМР) Антарктиды с разрешением 8 м. Она была создана на основе данных со спутников DigitalGlobe, полученных с 2009 по 2017 год. Большая часть снимков сделана в 2015-м и 2016-м годах. Проект получил название The Reference Elevation Model of Antarctica (REMA).
Карта рельефа Антарктиды
Сложность создания подобной ЦМР заключается в очень коротком съёмочном сезоне ― с декабря по март. REMA может использоваться для широкого спектра операций по обработке данных дистанционного зондирования, таких, как ортотрансформирование изображений и интерферометрия, и предоставлять данные для геодинамического моделирования и моделирования ледяного потока, а также картирования поверхностных процессов. Кроме того, REMA открывает новый мощный ресурс для планирования логистики на местах.
Изображение цифровой модели рельефа Антарктиды (REMA)
Изучение Северного полюса
Северный полюс менее интересен исследователям ввиду отсутствия суши подо льдами.
Поскольку он достаточно близок к северным странам, чей интерес там велик, его можно изучать не только по снимкам из космоса, но и непосредственно на местности. Приполярные территории таят в себе огромные запасы полезных ископаемых. Скорее всего, именно этот аспект будет стимулировать дальнейшее изучение Северного полюса.
У нас можно заказать
Космический мониторинг территории
Радиолокационная съемка (радарные снимки)
Заказ космической съемки. Космоснимки
Картографические работы
Составление тематических и специальных карт, планов
Дешифрирование данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)
Аэрофотосъемка (АФС / БПЛА)
Лазерное сканирование (LIDAR)
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 в известном нам виде была бы невозможна, так как оно защищает всех нас от постоянной бомбардировки заряженными частицами, испускаемыми солнцем — солнечным ветром. (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 Географии ГИС (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!
(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 фиксированы 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 генерируется так называемым процессом геодинамо. Согласно National Geographic , для того чтобы планета могла генерировать 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 радиации частиц, испускаемой во время событий выбросов 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 солнечных вспышек 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 земной атмосфере , создавая ослепительные световые шоу.
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 других планет
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)
Интерьер 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, ранее она работала штатным автором в нашем дочернем издании журнала 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.
В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде. В настоящее время она проживает в Ноттингеме, Великобритания.0003
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 генерируется глубоко внутри Земли и распространяется в космос. (Изображение предоставлено Elen11 через Getty Images.)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 в известном нам виде была бы невозможна, так как оно защищает всех нас от постоянной бомбардировки заряженными частицами, испускаемыми солнцем — солнечным ветром. (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 Географии ГИС (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!
(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 фиксированы 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 генерируется так называемым процессом геодинамо. Согласно National Geographic , для того чтобы планета могла генерировать 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 радиации частиц, испускаемой во время событий выбросов 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 солнечных вспышек 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 земной атмосфере , создавая ослепительные световые шоу.
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 других планет
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)
Интерьер 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, ранее она работала штатным автором в нашем дочернем издании журнала 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.