Где находится северный магнитный полюс? | Наука | Общество
Дмитрий Писаренко
Примерное время чтения: 5 минут
3681
Категория: Загадки планеты
Есть мнение, что благодаря его перемещению мы сможем наблюдать полярные сияния в средних широтах Сибири, а также что смена полюсов чревата глобальной катастрофой.
Два года назад учёные сообщили, что зафиксировали дрейф северного магнитного полюса Земли. Он перемещается из Канады в сторону Сибири со скоростью 55 километров в год. Согласно расчётам, к 2050 году полюс должен пересечь Северный Ледовитый океан и достигнуть российского архипелага Северная Земля.
Где сейчас находится магнитный полюс и от чего зависит его положение? И правда ли, что северный и южный полюса могут поменяться местами и это грозит планетарным катаклизмом и даже гибелью человечества?
Отвечает
— Магнитное поле Земли похоже на поле гигантского магнитного бруска (это называется магнитный диполь), помещённого в центр планеты.
Если же говорить о полюсах, то есть два их определения. Первое, наиболее распространённое, таково: магнитный полюс — это точка на земной поверхности, где силовые линии поля направлены строго по вертикали. Второе — это точка, в которой ось магнитного диполя (того самого «бруска») пересекает поверхность Земли. Этот полюс называется геомагнитным, или дипольным.
Так вот, обычный магнитный и геомагнитный полюса могут не совпадать. Расчёты показывают, что геомагнитный (дипольный) полюс за последние 150 лет остаётся практически на одном месте: вблизи побережья западной части Гренландии, в проливе Робсона. Те явления, что обычно привлекают внимание из-за магнетизма Земли — геомагнитные бури, полярные сияния, — связаны именно с дипольным полюсом.
А вот обычный магнитный полюс действительно движется. Это вызвано тем, что уменьшается намагниченность «бруска». Полюс переместился из северо-восточной Канады в район северного географического полюса, сейчас находится приблизительно в 400 километрах от него и продолжает движение в сторону Сибири, а точнее, Таймыра.
Максимальная скорость его перемещения, до 60 километров в год, наблюдалась в 2000-2010 годах, но теперь она заметно уменьшилась. Возможно, на территории России северный магнитный полюс так и не окажется.
Существует одно заблуждение: дескать, в связи с приближением полюса к нашей территории скоро мы сможем наблюдать полярные сияния в средних широтах Сибири. Повторюсь, зона полярных сияний определяется положением не обычного магнитного полюса, а дипольного. А оно практически не меняется.
Также есть мифы, связанные с возможной сменой полюсов. Она действительно возможна. Интенсивность магнитного поля Земли за последние 150 лет уменьшилась на 20%, и, если эта скорость сохранится, примерно через 2 тысячи лет дипольная часть поля уменьшится до нуля. В дальнейшем поле может восстановиться, но уже со сменой направления (смена полюсов называется инверсией).
А может восстановиться и в исходном состоянии. В истории Земли то и другое бывало неоднократно, последний раз — 40 тысяч лет назад.
Миф гласит, что при исчезновении магнитного поля исчезнет и защита Земли от космической радиации, из-за чего всё живое погибнет. Защита действительно ослабнет, но от жёсткого излучения нас спасает не только магнитное поле планеты. Есть ещё щит в виде атмосферы. Расчёты показывают, что интенсивность излучения на поверхности Земли может вырасти в 2-3 раза, но с учётом довольно низкого уровня фона в данный момент это не должно повлиять на радиационную безопасность.
Другой «страшный» прогноз связан с тем, что в отсутствие магнитного поля атмосферу сдует поток солнечного ветра. В качестве примера обычно приводят Марс, у которого нет ни магнитного поля, ни атмосферы. Но на самом деле основной причиной отсутствия атмосферы у Марса является его малая масса. У Венеры тоже нет магнитного поля, а атмосфера весьма приличная, потому что её масса сравнима с массой Земли.
ЗемляСеверный полюсоткрытия ученыхмагнитное поле
Следующий материал
Новости СМИ2
Куда бежит магнитный полюс?
Николай Семаков, Александр Ковалев, Анатолий Павлов, Ольга Федотова
«Наука из первых рук» №2(68), 2016
Куда указывает стрелка компаса? Ответ на этот вопрос даст любой: конечно, на Северный полюс! Более осведомленный уточнит: стрелка показывает направление не на географический полюс Земли, а на магнитный, и что в реальности они не совпадают. Самый знающий добавит, что магнитный полюс вообще не имеет постоянной «прописки» на географической карте. Судя же по результатам последних исследований, полюс не только имеет природную склонность к «бродяжничеству», но в своих блужданиях по поверхности планеты иногда способен перемещаться со сверхзвуковой скоростью!
Николай Николаевич Семаков  Автор и соавтор 40 научных работ. |
Александр Анатольевич Ковалев — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 5 научных работ. |
Анатолий Федорович Павлов — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 47 научных работ. |
Ольга Ивановна Федотова — инженер-исследователь магнитной обсерватории «Новосибирск» Алтае-Саянского филиала Геофизической службы РАН. Автор и соавтор 15 научных работ. |
Знакомство человечества с явлением земного магнетизма, судя по письменным китайским источникам, случилось не позднее 2–3 в. до н. э. Те же китайцы, несмотря на несовершенство первых компасов, заметили и отклонение магнитной стрелки от направления на Полярную звезду, т. е. на географический полюс. В Европе с этим феноменом познакомились в эпоху Великих географических открытий, не позднее середины XV в.
, о чем свидетельствуют навигационные инструменты и географические карты того времени (Дьяченко, 2003).
О смещении географического положения магнитных полюсов на поверхности планеты ученые заговорили с начала прошлого века после повторных, с интервалом в год, измерений координат истинного Северного магнитного полюса. С тех пор в научной печати достаточно регулярно появляется информация об этих «странствиях», особенно Северного магнитного полюса, который сейчас уверенно движется от островов Канадского арктического архипелага к Сибири. Раньше он перемещался со скоростью около 10 км в год, в последние же годы эта скорость возросла (Newitt et al., 2009).
Но это касается изменения географического положения полюсов год от года, а насколько стабильно они ведут себя в масштабе реального времени — в течение секунд, минут, суток? Судя по наблюдениям путешественников, полярных мореплавателей и авиаторов, магнитная стрелка иногда вертится, «как бешеная», поэтому устойчивость положения магнитных полюсов давно ставилась под сомнение.
Однако до сих пор ученые не пытались оценить ее количественно.
В магнитных обсерваториях мира сегодня ведется непрерывная запись всех компонентов вектора магнитной индукции, которые применяют для расчета среднегодовых значений параметров магнитного поля и создания карт земного магнетизма, использующихся для выявления аномалий при проведении магниторазведочных работ. Эти же записи позволяют изучить и поведение магнитного полюса на временных интервалах меньше года.
Что же происходит с полюсом в спокойный период и во время магнитных бурь? Насколько сильно такая буря может «раскачать» магнитный диполь в центре Земли? И, наконец, насколько большую скорость способен в реальности развивать магнитный полюс?
Ответы на эти вопросы имеют не только научный, но и практический интерес. Ведь вместе со смещением магнитного полюса и расширением области его «блуждания» не только меняется область полярных сияний, но и возрастает риск возникновения аварийных ситуаций в протяженных линиях электропередач, помех в работе спутниковых навигационных систем и коротковолновой радиосвязи.
Сквозь магнитные бури
К угловым элементам земного магнетизма относятся магнитное склонение
Одним из самых, на наш взгляд, эффективных и наглядных способов исследования поведения полюсов является преобразование значений элементов земного магнетизма в более «интегральные» и удобные для сопоставления характеристики — мгновенные координаты магнитных полюсов и локальную магнитную постоянную (Bauer, 1914; Kuznetsov et al.
Оказалось, что даже в дни спокойного состояния магнитного поля в периоды осеннего или весеннего равноденствия виртуальный северный магнитный полюс может вообще реально не побывать в точке своего рассчитанного «среднесуточного» положения! Дело в том, что в течение светового дня полюс не остается в неподвижности, а его «траектория» напоминает овал. Например, в спокойные дни по данным магнитной обсерватории «Ключи» (Новосибирск) северный магнитный полюс описывает по часовой стрелке петлю, вытянутую примерно на 10 км в направлении с юго-востока на северо-запад.
Во время магнитной бури колебания магнитной оси Земли происходят намного сильнее, но их также нельзя назвать хаотичными. Так, 17 марта 2013 г.
всего за 20-минутный интервал магнитный полюс «пробежал» по эллипсу размером более 20 км, выписывая по пути мелкие вензеля с периодом в несколько секунд. Интересно, что в отдельные периоды возмущения магнитного поля полюс может менять направление своего движения, перемещаясь против часовой стрелки.
Одна из самых мощных магнитных бурь произошла 29–31 октября 2003 г. О степени «расшатывания» магнитного диполя ядра Земли во время этой бури можно судить по траектории движения северного магнитного полюса, который совершил настоящий «вояж» по окрестным островам, неоднократно отклоняясь в разные стороны на сотни километров от своей «нормальной», среднегодовой позиции. Для сравнения заметим, что путь, пройденный северным магнитным полюсом, рассчитанный по среднегодовым значениям склонения и наклонения на основе данных канадской обсерватории Резольют-Бей, за последние 40 лет представляет собой линию длиной не более 500 км.
Со скоростью звука
Сегодня в мире работает более ста магнитных обсерваторий, данные измерений которых сохраняются в единой базе «ИНТЕРМАГНЕТ» (InteRMagNet — International Real Magnetic Net).
И хотя в ней обычно представлены данные с минутным интервалом, большинство магнитных обсерваторий измеряют значения элементов земного магнетизма ежесекундно. Но даже расчеты по средним минутным значениям на основе данных обсерваторий, расположенных на разных широтах земного шара, позволяют оценить закономерности и скорости движения магнитных полюсов.
Прежде чем рассчитать скорость движения полюса за определенный период времени, требуется преобразовать величины склонения и наклонения в координаты соседних географических точек, которые за это время посещал магнитный полюс, а затем оценить общую длину соединяющей их дуги большого круга, которая и является минимальной оценкой пути, пройденного полюсом. Именно минимальной — потому что эта дуга представляет собой кратчайший путь по сфере от одной точки до другой. А общая траектория объекта нашего исследования на поверхности земного шара как во время магнитных бурь, так и в период «покоя» представляет собой не просто дугу, а набор «петель» различной формы и размеров.
Для вычисления скоростей виртуальных магнитных полюсов мы выбрали 17 марта 2013 г.: в течение этих суток наблюдалось как спокойное, так и возмущенное состояние магнитного поля. Для каждой из 1440 минут этих суток на основе минутных значений характеристик земного магнетизма был рассчитан путь, пройденный виртуальным магнитным полюсом, и определена скорость его движения.
Результаты вычислений впечатлили даже опытных магнитологов: оказалось, что в отдельные моменты магнитные полюса могут перемещаться не только со скоростью автомобиля, но и реактивного самолета, превышающего скорость звука!
Интересно, что полученные оценки скоростей зависели от географического положения обсерваторий, данные которых были использованы для расчетов. Так, по данным среднеширотных и низкоширотных обсерваторий скорости движения виртуальных магнитных полюсов (как средние, так и максимальные) оказались значительно меньше, чем по данным обсерваторий, расположенных в Арктике и Антарктике. Кстати сказать, степень удаленности обсерватории от истинного магнитного полюса аналогично влияет и на суточный разброс положения виртуального магнитного полюса.
Эти данные также свидетельствуют в пользу того, что наиболее точную информацию о параметрах движения истинных магнитных полюсов можно получить именно в тех районах, где эти полюсы реально «блуждают».
Магнитные обсерватории дают сегодня много информации об изменении географического положения магнитных полюсов Земли год от года. При этом скорости движения виртуальных магнитных полюсов, рассчитанные на основе данных обсерваторий из различных регионов, значительно варьируют (от 2-х до 65-ти км в год) и могут существенно меняться со временем. Арктические же исследования по установлению положения истинного северного магнитного полюса, которые в течение нескольких последних десятилетий ведут канадские магнитологи, очень сложны (Newitt, Niblett, 1986; Newitt, Barton, 1996, Newitt et al., 2009).
На практике магнитологи во время наблюдений в обсерваториях и «в поле», как правило, имеют дело с фактическими («мгновенными») значениями элементов земного магнетизма, привязанными к конкретной секунде и конкретному месту.
И скорости движения магнитных полюсов, определенные на основе таких экспериментальных данных, оказываются намного больше скоростей, полученных при последующих усреднениях (минутных, часовых, суточных, годовых). При каждой такой процедуре траектории движения полюса становятся все более «выпрямленными», а скорости его движения, соответственно, уменьшаются.
Однако минутные и секундные данные магнитных обсерваторий, пересчитанные в соответствующие географические координаты магнитных полюсов, показывают удивительную подвижность последних. Представим себе сложность ситуации, в которую могут попасть наши канадские коллеги, занимающиеся установлением положения истинного северного магнитного полюса в то время, когда он «летает» мимо них со скоростью самолета ледовой разведки!
Любопытный вывод можно сделать и относительно инверсии магнитного поля Земли, то есть перехода северного магнитного полюса в южное полушарие (или южного — в северное). Если допустить, что истинные магнитные полюса могут приближаться к географическому экватору со среднегодовой скоростью порядка 10 км/год, то процесс инверсии может уложиться в 1–2 тыс.
лет. Но если бы они могли достаточно долгое время сохранять такое целенаправленное движение со скоростью самолета, автомобиля или даже пешехода, то инверсия произошла бы за считанные годы, дни и даже часы!
Чем ближе к полюсу находится магнитная обсерватория, тем ближе будут располагаться координаты истинного магнитного полюса и виртуального, рассчитанного на основе параметров магнетизма, измеренного этой обсерваторией. Ближайшими к северному магнитному полюсу обсерваториями в последние годы были канадская магнитная обсерватория «Резольют-Бей» и российская — «Мыс Челюскин». При этом, как свидетельствует многолетние данные, от первой обсерватории полюс удалялся, а ко второй приближался. В ближайшие десятилетия область «блуждания» северного магнитного полюса может переместиться в российский сектор Арктики, поэтому уже сейчас, на наш взгляд, уместно ставить вопрос об организации российской службы истинного магнитного полюса. Остро встает вопрос и об организации современной арктической геомагнитной обсерватории на побережье моря Лаптевых или архипелаге Северная Земля вместо обсерватории «Мыс Челюскин», закрытой в 2011 г.
Литература:
1. Bauer L. A. The local magnetic constant and its variations // Terr. Mag. (Washington). 1914. V. 19. P. 113–125.
2. InterMagNet (International Real Magnetic Network, 2013) register.
3. Kuznetsov V. V., Pavlova I. V., and Semakov N. N. Estimation of the Position of Virtual Magnetic Poles // Geol. Geofiz. 1990. V. 31. № 2. P. 115–116.
4. Kuznetsov V. V., Pavlova I. V., Semakov N. N., Newitt L. R. Virtual magnetic poles, magnetic anomalies, and the location of the north magnetic pole // Russian Geology and Geophysics. 1997. V. 38. № 7. P. 1312–1320.
5. Merrill R. T., McElhinny M. W., and McFadden P. L. The magnetic field of the Earth, paleomagnetism, the core and the deep mantle. Academic Press, 1998. 531 pp.
6. Newitt L. R. and Barton C. E. The position of the North Magnetic Pole in 1994 // J. Geomag. Geoelectr. 1996. V. 48. P. 221–232.
7. Newitt L. R., Chulliat A.
, and Orgeval J.-J. Location of the North Magnetic Pole in April 2007 // Earth Planets Space. 2009. V. 61. P. 703–710.
8. Newitt L. R. and Niblett E. R. Relocation of the north magnetic dip pole // Can. J. Earth Sci. 1986. V. 23. P. 1062–1067.
9. Weinberg B. P. Catalogue of magnetic determinations in U.S.S.R. and in adjacent countries from 1556 to 1926. Central Geophysical Observatory, Leningrad, 1929.
Авторы благодарят всех сотрудников магнитных обсерваторий сети «ИНТЕРМАГНЕТ», данные которых были использованы в работе.
Отслеживание изменений магнитных полюсов Земли | Новости
Поскольку магнитное поле Земли меняется со временем, положение Северного и Южного магнитных полюсов постепенно меняется. Магнитное склонение — угол между магнитным севером и истинным севером — в данном месте также меняется со временем. Наш просмотрщик карт исторического магнитного склонения отображает расположение геомагнитных полюсов и исторические линии склонения, рассчитанные для 1590–2020 годов.
Магнитная история Земли
г. Сэр Джеймс Кларк Росс впервые обнаружил Северный магнитный полюс на севере Канады в 1831 году. С 1831 года полюс движется через канадскую Арктику в сторону России. Ученые NCEI из Совместного института исследований в области наук об окружающей среде (CIRES) Университета Колорадо в Боулдере рассчитали движение как Северного, так и Южного магнитных полюсов с 1590 по 2025 год, используя две модели: gufm1 и IGRF. Gufm1 включает в себя тысячи магнитных наблюдений, сделанных моряками, занятыми в торговом и военно-морском судоходстве. IGRF является результатом совместных усилий специалистов по моделированию магнитного поля и институтов, занимающихся сбором и распространением данных о магнитном поле со спутников, обсерваторий и исследований по всему миру. Исследование, проведенное в 2007 году канадско-французским международным сотрудничеством, показало, что Северный магнитный полюс перемещается примерно на северо-северо-запад со скоростью 55 км в год.
Согласно последним данным IGRF, полюс в настоящее время движется в том же направлении, но с несколько меньшей скоростью — около 45 км в год.
Ученые NCEI и CIRES создали анимацию , показывающую изменения положения склонения и «блуждание» Северного магнитного полюса за последние 50 лет. Посмотрите, как изогонические линии сходятся на полюсе. Просмотрите исторические данные до 1590 года с помощью нашего Map Viewer .
Плиты и полярность: синхронность
Магнитное поле Земли медленно менялось на протяжении всего ее существования. Когда тектонические плиты формируются вдоль океанических хребтов, существующее магнитное поле «вмораживается» в скалы, когда они остывают ниже примерно 700°C. Медленно движущиеся пластины действуют как своего рода магнитофон, оставляя информацию о силе и направлении прошлых магнитных полей. Взяв образцы этих пород и используя методы радиометрического датирования, стало возможным реконструировать историю магнитного поля Земли примерно за последние 160 миллионов лет.
Если «прокрутить ленту в обратном направлении», запись покажет, как магнитное поле Земли усиливается, ослабевает и часто меняет полярность. Магнитные северный и южный полюса даже поменялись местами или «перевернулись», что известно как инверсия геомагнитных полюсов.
Смена геомагнитных полюсов происходила на протяжении всей истории Земли. Последнее произошло 780 000 лет назад. Хотя это звучит пугающе, перевороты полюсов могут происходить через много времени и не представляют непосредственной угрозы. Ученые определили, что в краткосрочной перспективе реальных изменений в окружающей среде Земли и угрозы для жизни из-за переворота полюсов не произойдет.
Составление карты магнитного поля Земли · Границы для юных умов
Реферат
Земля имеет твердое внутреннее ядро и жидкое внешнее ядро, состоящее из железа и никеля. Металл несет электрический ток, который питается от движения жидкости. Электрический ток создает магнитное поле, которое простирается от ядра до поверхности Земли и за ее пределы.
Ожидается, что магнитное поле, сформированное ядром Земли, выровняется с осью вращения, но оно немного отклоняется по причинам, которые не совсем понятны. Стрелка компаса обычно указывает не на истинный север (ось вращения Земли), а на северный магнитный полюс. Угол между истинным севером и магнитным севером в любом конкретном положении на Земле называется углом склонения. Карты угла склонения очень сложны, и из-за течения внешнего ядра положение магнитного севера со временем меняется.
Введение
Внешнее ядро Земли
Планету Земля можно разделить на четыре слоя: твердое внутреннее ядро в центре, жидкое внешнее ядро , каменистая мантия и кора на поверхности, на которой мы живем. Ядро Земли имеет ширину около 6800 км и начинается примерно на полпути к центру планеты (рис. 1b). Он состоит примерно на девять десятых из железа и никеля [1]. Внутреннее ядро размером с Луну. Он очень горячий (> 5000 ° C) и является твердым из-за чрезвычайно высокого давления от веса материала над ним.
- Рисунок 1 — (a) Иллюстрация линий магнитного поля от простого стержневого магнита, аналогичного магнитному полю Земли.
- Как и у Земли, южный полюс (обозначенный буквой «S») фактически находится в северном полушарии. (b) Ядро Земли видно в центре планеты. Каменистая мантия и кора на этом снимке прозрачны. Внешнее ядро показано оранжевым цветом, а внутреннее ядро показано более темной сферой в центре. Магнитное поле (синие линии) создается во внешнем ядре. Справа — художественный взгляд на магнитный спутник Swarm, который чувствует изменение направления компаса, когда он пролетает через магнитное поле Земли по своей орбите (серая линия). © ESA/ATG Medialab. Рисунок 1а, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth’s_ Magnetic_field_pole.svg
Еще дальше от самого центра Земли находится жидкое внешнее ядро размером примерно с Марс. Металл все еще очень горячий (> 3000 ° C), но, несмотря на высокое давление, внешнее ядро на самом деле очень жидкое, поскольку тепло преодолевает воздействие давления.
Внешнее ядро течет так же легко, как вода на поверхности Земли. Это означает, что металл постоянно движется и течет, как океаны. Подобно тому, что происходит, когда вы быстро размешиваете чашку чая, быстрое вращение Земли один раз в день заставляет вращаться и жидкость во внешнем ядре.
Ядро пытается охладиться. Однако скалистая мантия между ядром и поверхностью действует как одеяло, не давая ядру слишком быстро остывать. Ядро пытается найти другие способы избавиться от избыточного тепла и энергии. Один из способов сделать это — создать магнитное поле. Магнитное поле может проходить вплоть до поверхности Земли, позволяя ядру высвобождать небольшое количество энергии.
Электричество создает магнитное поле
Магнетизм и электричество физически связаны — обычно вы получаете одно при создании другого, и это также происходит в ядре. Жидкий металл ядра слишком горячий, чтобы быть постоянным магнитом, как магнит на холодильник, но это электропроводный материал , такой как медная проволока.
Подобно проводам в вашем доме, жидкое ядро несет очень большой электрический ток, который, в свою очередь, создает сильное магнитное поле.
Электричество вырабатывается из движения жидкого металла, аналогично ветряной турбине, которая вырабатывает электричество из движения лопастей. Электричество течет по экватору планеты по очень большой петле и создает сильное магнитное поле, которое выходит за пределы внешнего ядра. Магнитное поле проходит весь путь до поверхности Земли и уходит в космос.
Создает магнитное поле в форме стержневого магнита (рис. 1а). Магнитное поле распространяется в космос, образуя «пузырь», в котором находится Земля. Этот магнитный пузырь защищает атмосферу планеты от магнитного поля Солнца, которое в противном случае разрушило бы атмосферу Земли за миллиарды лет.
Механизм создания магнитного поля Земли очень сложен и до конца не изучен учеными. Считается, что петля электрического тока в ядре не образует идеальный круг, огибающий экватор, поэтому магнитное поле на самом деле несколько «наклонено» примерно на 11° в сторону от оси вращения Земли.
Сила электрического тока также меняется со временем, что приводит к изменению магнитного поля на поверхности Земли. Наконец, поток жидкого металла «увлекает» магнитное поле на запад. Сочетание всех этих различных процессов делает магнитное поле очень сложным, и трудно предсказать, как оно изменится с течением времени. Примерно четыре раза в миллион лет магнитное поле переворачивается, когда полюса «переворачиваются», хотя для этого требуются тысячи лет.
Магнитное поле на поверхности Земли
Хотя общая форма магнитного поля Земли похожа на простой стержневой магнит, если вы посмотрите на магнитное поле в деталях, оно будет намного сложнее. Обычно стрелка компаса указывает примерно на север, но не указывает на истинный север (точку, вокруг которой вращается Земля). Угол между истинным севером и направлением, которое указывает стрелка компаса, называется склонением . Стрелка компаса указывает на место под названием 9.0033 магнитный северный полюс.
Магнитное поле очень полезно для навигации. Китайцы использовали простые компасы еще в 1100-х годах, чтобы найти направление. Первая карта была составлена Эдмундом Галлеем, прославившимся кометой Галлея, для использования кораблями, плывущими по Атлантическому океану, в 1699 году. Он понял, что магнитное поле постоянно меняется, и предположил, что в центре Земли существует слой жидкости. Северный магнитный полюс был открыт Джеймсом Клерком Россом в 1831 году в Канаде. Однако, чтобы еще больше усложнить ситуацию, магнитный северный полюс не остается на одном и том же месте, а вместо этого все время перемещается из-за потока внешнего ядра.
В настоящее время (в 2019 г.) магнитный Северный полюс все еще находится на севере Канады, но он движется со скоростью около 50 км в год и где-то в следующем десятилетии пересечет север России. На Рисунке 2 показано расположение Северного и Южного магнитных полюсов с 1900 по 2020 год. Обратите внимание, как быстро Северный полюс сместился с 2000 года, в то время как Южный полюс по сравнению с ним не сильно сдвинулся.
- Рисунок 2 – Расположение магнитных полюсов показано каждые пять лет (красные точки) с 1900 до 2020, для магнитного Северного полюса (a) и магнитного Южного полюса (b) .
- Обратите внимание, что с 1900 года северный магнитный полюс сместился намного дальше и быстрее, чем южный магнитный полюс.
Создание карты
Теоретически составить карту магнитного поля достаточно просто. Все, что вам нужно, это устройство GPS (например, смартфон), чтобы определить ваше точное местоположение и помочь вам найти направление на истинный север. Вам также понадобится компас. Во-первых, используйте GPS, чтобы определить направление истинного севера. Это можно сделать, вонзив в землю две палки вдоль линии постоянной долготы. Встаньте между палочками и определите угол между стрелкой компаса и линией истинного севера, которую вы провели с помощью двух палочек. Поздравляем, вы измерили склонение! Чтобы составить карту, повторите это измерение в другом месте и еще раз.
Сделайте это несколько миллионов раз по всему миру, включая океаны и пустыни, и ваша работа будет завершена… по крайней мере, на несколько лет, пока магнитный Север не сдвинется с места. Очевидно, что это невозможно для человека, но возможно для спутника.
С 1999 года было осуществлено три миссии европейских спутников для проведения очень точных измерений магнитного поля Земли. На рис. 1b показано, как спутник воспринимает магнитное поле, исходящее от внешнего ядра. Текущее трио спутников, называемое Swarm, летает на высоте от 450 до 500 км над поверхностью Земли и движется со скоростью 8 км в секунду. Им требуется около 90 минут, чтобы облететь Землю, и они совершают 15 оборотов в день. Через 4 месяца они делают достаточно измерений по всему миру, чтобы создать карту [2].
Спутниковые измерения собираются на компьютере, где математический процесс, называемый инверсией, используется для создания карты (или снимка) магнитного поля в фиксированный момент времени. На рисунке 3 показана карта угла склонения за январь 2019 года, иллюстрирующая, насколько сложным на самом деле является магнитное поле.
- Рисунок 3. Угол склонения для 2019 года (в градусах) по модели Международного эталонного геомагнитного поля (IGRF-12).
- Цвета показывают угол между магнитным севером и истинным севером. Белые области — это места, где компас указывает почти точно на север. Синие цвета показывают области, где компас указывает на запад от истинного севера, а красные цвета показывают, где компас указывает на восток от истинного севера. Вы можете увидеть очень сложную картину углов склонения по всему миру [3].
Поскольку изменение магнитного поля невозможно предсказать более чем через 10 лет, эти карты магнитного поля регулярно обновляются каждые 5 лет. Некоторые карты создаются бесплатно группой ученых со всего мира и известны как Международное геомагнитное эталонное поле или IGRF [3]. Создание хорошей карты требует больших усилий и требует нескольких месяцев работы. Последняя версия была выпущена в 2015 году, а следующая будет готова к 2020 году.
Магнитная карта на вашем смартфоне
Вероятно, вы больше всего знакомы с использованием магнитного поля Земли для навигации — представьте корабли, плывущие по океану, или люди, идущие по горам.
Однако, если вы когда-либо использовали карту на смартфоне, чтобы найти, куда вы хотите отправиться, то вы также использовали карту магнитного поля Земли.
Когда вы открываете приложение карты, ваше местоположение обычно отображается в виде маленькой точки со стрелкой или треугольником, указывающим направление, в котором вы смотрите. Смартфоны используют встроенный цифровой компас для определения направления магнитного севера. Однако, поскольку карты ориентированы на истинный север, программное обеспечение телефона должно скорректировать разницу в склонении. Телефон использует ваше местоположение GPS для определения правильного угла по карте склонения, такой как IGRF. Из рисунка 3 видно, что в некоторых частях мира этот угол может достигать 45°.
Заключение
Составление карт магнитного поля Земли — сложный процесс, который необходимо повторять не реже одного раза в 5 лет, чтобы поддерживать актуальность карт. Карты могут рассказать нам о внешнем ядре Земли, и они также полезны для многих практических приложений, которые вы, вероятно, испытали, например, для навигации по городу с помощью смартфона.
Глоссарий
Внешнее ядро : ↑ Слой жидкого металла внутри Земли, начинающийся примерно на полпути к центру.
Электропроводящий материал : ↑ Материал, через который легко проходит электричество.
Склонение : ↑ Угол между магнитным севером и истинным севером.
Магнитный север : ↑ Точка на поверхности Земли, где магнитное поле направлено прямо к центру Земли.
Заявление о конфликте интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
[1] ↑ Лоури, В. 2007. Основы геофизики, 2-е изд. . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
[2] ↑ Олсен, Н., Юло, Г.