Магни́тное по́ле Земли́

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011 года.

В физике космических лучей широко используются специфические координаты в геомагнитном поле, названные в честь учёного Карла Мак-Илвейна (Carl McIlwain), первым предложившего их использование^[59], так как они основаны на инвариантах движения частиц в магнитном поле. Точка в дипольном поле характеризуется двумя координатами (L, B), где L — так называемая магнитная оболочка, или параметр Мак-Илвейна (англ. L-shell, L-value, McIlwain L-parameter), B — магнитная индукция поля (обычно в Гс). За параметр магнитной оболочки обычно принимается величина L, равная отношению среднего удаления реальной магнитной оболочки от центра Земли в плоскости геомагнитного экватора, к радиусу Земли.^[60]
История исследований[править | править код]
Ещё несколько тысячелетий назад в Древнем Китае было известно, что намагниченные предметы располагаются в определённом направлении, в частности стрелка компаса всегда занимает определённое положение в пространстве. Благодаря этому человечество с давних пор получило возможность при помощи такой стрелки (компаса) ориентироваться в открытом море вдали от берегов. Однако до плавания Колумба из Европы в Америку (1492 г.) особого внимания к исследованию такого явления никто не проявлял, так как ученые того времени полагали, что оно происходит в результате притяжения стрелки Полярной звездой. В Европе и омывающих её морях компас в то время устанавливался почти по географическому меридиану. При пересечении же Атлантического океана Колумб заметил, что примерно на полпути между Европой и Америкой стрелка компаса отклонилась почти на 12° к западу. Этот факт сразу же породил сомнение в правильности прежней гипотезы о притяжении стрелки Полярной звездой, дал толчок к серьезному изучению вновь открытого явления: сведения о магнитном поле Земли были нужны мореплавателям. С этого момента и получила свое начало наука о земном магнетизме, начались повсеместные измерения магнитного склонения, то есть угла между географическим меридианом и осью магнитной стрелки, то есть магнитным меридианом. В 1544 году немецкий учёный Георг Хартман^[en] открыл новое явление: магнитная стрелка не только отклоняется от географического меридиана, но, будучи подвешена за центр тяжести, стремится встать под некоторым углом к горизонтальной плоскости, названным магнитным наклонением^[5].
С этого момента наряду с изучением явления отклонения ученые начали также исследовать и наклонение магнитной стрелки. У Хосе де Акосты (одного из основателей геофизики, по словам Гумбольдта) в его Истории (1590) впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения. Он описал использование компаса, угол отклонения, различия между Магнитным и Северным полюсом, а также колебание отклонений от одной точки до другой, идентифицировал места с нулевым отклонением, например, на Азорских островах^[61].
В результате наблюдений было установлено, что как склонение, так и наклонение имеют различные значения в разных точках земной поверхности. При этом их изменения от точки к точке подчиняются некоторой сложной закономерности. Её исследование позволило придворному врачу английской королевы Елизаветы и натурфилософу Уильяму Гильберту выдвинуть в 1600 году в своей книге «О магните» («De Magnete») гипотезу о том, что Земля представляет собой магнит, полюсы которого совпадают с географическими полюсами. Другими словами, У. Гильберт полагал, что поле Земли подобно полю намагниченной сферы. Свое утверждение У. Гильберт основывал на опыте с моделью нашей планеты, представляющей собой намагниченный железный шар, и маленькой железной стрелкой. Главным аргументом в пользу своей гипотезы Гильберт считал, что магнитное наклонение, измеренное на такой модели, оказалось почти одинаковым с наклонением, наблюдавшимся на земной поверхности. Несоответствие же земного склонения со склонением на модель Гильберт объяснял отклоняющим действием материков на магнитную стрелку. Хотя многие факты, установленные позднее, не совпадали с гипотезой Гильберта, она не теряет своего значения и до сих пор. Основная мысль Гильберта о том, что причину земного магнетизма следует искать внутри Земли, оказалась правильной, равно как и то, что в первом приближении Земля действительно является большим магнитом, представляющим собой однородно намагниченный шар^[5].
В 1634 году английский астроном Генри Геллибранд установил, что магнитное склонение в Лондоне меняется со временем. Это стало первым зафиксированным свидетельством вековых вариаций — регулярных (от года к году) изменений средних годовых значений компонентов геомагнитного поля^[5][61].
М. В. Ломоносов в 1759 году в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма он рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитных обсерваторий была осуществлена лишь спустя 60 лет в России^[61].
Углы склонения и наклонения определяют направление в пространстве напряженности магнитного поля Земли, но не могут дать её численного значения. До конца XVIII в. измерения величины напряженности не производились по той причине, что не были известны законы взаимодействия между магнитным полем и намагниченными телами. Лишь после того, как в 1785—1789 гг. французским физиком Шарлем Кулоном был установлен закон, названный его именем, появилась возможность таких измерений. С конца XVIII в., наряду с наблюдением склонения и наклонения, начались повсеместные наблюдения горизонтальной составляющей, представляющей собой проекцию вектора напряженности магнитного поля на горизонтальную плоскость (зная же склонение и наклонение, можно рассчитать и величину полного вектора напряженности магнитного поля)^[5].
Первая теоретическая работа о том, что представляет собой магнитное поле Земли, то есть каковы величина и направление его напряженности в каждой точке земной поверхности, принадлежит немецкому математику Карлу Гауссу. В 1834 г. он дал математическое выражение для составляющих напряженности как функции координат — широты и долготы места наблюдения. Пользуясь этим выражением, можно для каждой точки земной поверхности найти значения любой из составляющих, которые носят названия элементов земного магнетизма. Эта и другие работы Гаусса стали фундаментом, на котором построено здание современной науки о земном магнетизме^[5]. В частности, в 1839 году он доказал, что основная часть магнитного поля выходит из Земли, а причину небольших, коротких отклонений его значений необходимо искать во внешней среде^[61].
В 1831 году английским полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт северный магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть наклонение равно 90°. А в 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг другого магнитного полюса Земли, находящегося в Антарктиде^[61].
См. также[править | править код]

• 
  Медиафайлы на Викискладе
  

• 
  Магнитосфера
  
• 
  Магнитная аномалия
  
• 
  Полосовые магнитные аномалии
  
• 
  Ряд Гаусса
  
• 
  Геофизика
  
• 
  Intermagnet
  
• 
  Магнитное поле планет
  
• 
  Магнитное поле Луны
  
• 
  Международное геомагнитное аналитическое поле
  
• 
  Геомагнитная активность
  

Примечания[править | править код]
↑ Показывать компактно

1. 
   ↑ Ученые в США выяснили, что магнитное поле Земли на 700 млн лет старше, чем считалось
   
2. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11} Эдвард Кононович. Магнитное поле Земли. http://www.krugosvet.ru/. Энциклопедия Кругосвет: Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. Дата обращения: 2017-04-26 .
   
3. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8} Geomagnetism Frequently Asked Questions (англ.). https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 23 апреля 2017.
   
4. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8} А. И. Дьяченко. Магнитные полюса Земли. — Москва: Издательство Московского центра непрерывного математического образования, 2003. — 48 с. — ISBN 5-94057-080-1.
   
5. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7} А. В. Викулин. VII. Геомагнитное поле и электромагнетизм Земли // Введение в физику Земли. Учебное пособие для геофизических специальностей вузов. — Издательство Камчатского государственного педагогического университета, 2004. — 240 с. — ISBN 5-7968-0166-X.
   
6. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7} Электричество и магнетизм // Элементарный учебник физики / под ред. Г.С. Ландсберга. — 16. — Физматлит, 2016. — Т. 2. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-1610-7, 978-5-9221-1501-8.
   
7. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9} В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. 47. Магнитное поле Земли. Радиационные пояса Земли // Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения с 12-летнми сроком обучения (базовый и повышенный). — Минск: Нар. Асвета, 2008. — С. 189—192.
   
8. 
   ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11} Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино. Магнитное поле Земли. Радиационные пояса Земли // Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Под ред. К. С. Фарино. — Минск: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 356—359.
   
9. 
   ↑ International Geomagnetic Reference Field (англ.). http://www.iugg.org/. International Union of Geodesy and Geophysics (22 December 2014). Дата обращения: 2017-04-26 .
   
10. 
    ↑ The World Magnetic Model (англ.). https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. National Centers for Environmental Information (NCEI). Дата обращения: 26 апреля 2017.
    
11. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 3 Magnetic North, Geomagnetic and Magnetic Poles (англ.). http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/. World Data Center for Geomagnetism, Kyoto. Дата обращения: 27 апреля 2017.
    
12. 
    ↑ D.L. Gallagher. The Earth's Plasmasphere (англ.). NASA. Дата обращения: 23 апреля 2017.
    
13. 
    ↑ Магнитный меридиан (недоступная ссылка). Глоссарий.ру. Словарь по естественным наукам. Дата обращения: 2010-7-20 . Архивировано 21 января 2012 года.
    
14. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 How does the Earth's core generate a magnetic field? (недоступная ссылка). USGS FAQs. United States Geological Survey. Дата обращения: 30 апреля 2017. Архивировано 18 января 2015 года.
    
15. 
    ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5} Nigel Weiss. Dynamos in planets, stars and galaxies (англ.) // A&G. — 2002. — 1 June (vol. 43, iss. 3). — P. 3.9—3.14. — doi:10.1029/2000RG000102.
    
16. 
    ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15} Kono, M., and P. H. Roberts. Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field // Reviews of Geophysics. — 2002. — Т. 40, вып. 4. — С. 4—1 — 4—53. — doi:10.1029/2000RG000102.
    
17. 
    ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11} Chris A. Jones. Planetary Magnetic Fieldsand Fluid Dynamos (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.)русск.. — Annual Reviews, 2011. — Vol. 43. — P. 583—614.
    
18. 
    ↑ Larmor, J. How could a rotating body such as the Sun become a magnet // Reports of the British Association. — 1919. — Т. 87. — С. 159—160.
    
19. 
    ↑ Cowling T.  The Magnetic Field of Sunspots (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — Oxford University Press, 1934. — Vol. 94. — P. 39—48. — doi:10.1093/mnras/94.1.39. — Bibcode: 1933MNRAS..94...39C.
    
20. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 3 4 Попова Е. П. Современные результаты асимптотических исследований моделей динамо (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2016. — Июнь (т. 186, № 6). — С. 577—596. — doi:10.3367/UFNr.2016.02.037727.
    
21. 
    ↑ Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. § 131. Магнитное поле Земли, полярные сияния и радиационные пояса. Связь солнечных и земных явлений // Курс общей астрономии. — 4. — Москва: Наука, 1977. — 544 с.
    
22. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 3 David P. Stern. The Self-Sustaining Dynamo in the Earth's Core: Origin of The Earth's Magnetism (англ.). Educational Web Sites on Astronomy, Physics, Spaceflight and the Earth's Magnetism. Дата обращения: 30 апреля 2017.
    
23. 
    ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11} P. H. Roberts and E. M. King. On the genesis of the Earth's magnetism (англ.) // Reports on Progress in Physics. — 2013. — 4 September (vol. 76). — P. 096801. — doi:10.1088/0034-4885/76/9/096801.
    
24. 
    ↑ Eugene N. Parker. Hydromagnetic Dynamo Models (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1955. — September (vol. 122). — P. 293—314. — doi:10.1086/146087. — Bibcode: 1955ApJ...122..293P.
    
25. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 3 4 Д.Д. Соколов, Р.А. Степанов, П.Г. Фрик. Динамо: на пути от астрофизических моделей к лабораторному эксперименту (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2014. — Март (т. 184, вып. 3). — С. 313—335. — doi:10.3367/UFNr.0184.201403g.0313.
    
26. 
    ↑ Старченко С.В. Генерация магнитного поля в глубинных недрах Земли и планет (англ.). http://www.izmiran.ru. ИЗМИРАН (2014). Дата обращения: 5 мая 2017.
    
27. 
    ↑ F.H. Busse. Homogeneous dynamos in planetary cores and in the laboratory (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.)русск.. — Annual Reviews, 2000. — 11 April (vol. 32). — P. 383—408. — doi:10.1146/annurev.fluid.32.1.383.
    
28. 
    ↑ C. Kutzner, U.R. Christensen. From stable dipolar towards reversing numerical dynamos (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2002. — 11 April (vol. 131, iss. 1). — P. 29—45. — doi:10.1016/S0031-9201(02)00016-X.
    
29. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 3 А. В. Гусев, И. Н. Китиашвили. Анализ нелинейных эффектов магнитоконвекции на границах внешнего ядра Земли // Георесурсы. — 2001. — 2 декабря (№ 2(6)). — С. 38—40.
    
30. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 Glatzmaiers, Gary A.; Roberts, Paul H. A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal (англ.) // Nature. — 1995. — 21 September (vol. 377, iss. 6546). — P. 203—209. — doi:10.1038/377203a0. — Bibcode: 1995Natur.377..203G.
    
31. 
    ↑ Kageyama, A., T. Sato, and the Complexity Simulation Group. Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo, II (англ.) // Physics of Plasmas. — 1995. — 1 January (vol. 2, iss. 5). — P. 1421—1431. — doi:10.1063/1.871485. — Bibcode: 1995PhPl....2.1421K.
    
32. 
    ↑ Glatzmaier, G. A., and P. H. Roberts. A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 1995. — Vol. 91, iss. 1—3. — P. 63—75. — doi:10.1016/0031-9201(95)03049-3. — Bibcode: 1995PEPI...91...63G.
    
33. 
    ↑ Перейти обратно:^1 2 Peter E. Driscoll. Simulating 2 Ga of geodynamo history (англ.) // Geophys. Res. Lett.. — 2016. — 6 June (vol. 43, iss. 11). — P. 5680—5687. — doi:10.1002/2016GL068858.
    
34. 
    ↑ U. R. Christensen et.al. A numerical dynamo benchmark (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2001. — 10 December (vol. 128, iss. 1—4). — P. 25—34. — doi:10.1016/S0031-9201(01)00275-8.
    
35. 
    ↑ Agris Gailitis, Olgerts Lielausis, Sergej Dement'ev, et al. Detection of a Flow Induced Magnetic Field Eigenmode in the Riga Dynamo Facility (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2000. — Vol. 84. — P. 4365. — doi:10.1103/PhysRevLett.84.4365. — arXiv:physics/9912026v1.
    
36. 
    ↑ Agris Gailitis, Olgerts Lielausis, Ernests Platacis, et al. Magnetic Field Saturation in the Riga Dynamo Experiment (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2001. — Vol. 86. — P. 3024. — doi:10.1103/PhysRevLett.86.3024.
    
37. 
    ↑ Stieglitz R., Müller U. Experimental demonstration of a homogeneous two-scale dynamo (англ.) // Phys. Fluids. — 2001. — Vol. 13. — P. 561. — doi:10.1063/1.1331315.
    
38. 
    ↑ R. Monchaux, M. Berhanu, M. Bourgoin, et al. Generation of a Magnetic Field by Dynamo Action in a Turbulent Flow of Liquid Sodium (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2007. — Vol. 98, iss. 4. — P. 044502. — doi:10.1103/PhysRevLett.98.044502.
    
39. 
    ↑ F. Ravelet, M. Berhanu, R. Monchaux, et al. Chaotic Dynamos Generated by a Turbulent Flow of Liquid Sodium (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2008. — Vol. 101. — P. 074502. — doi:10.1103/PhysRevLett.101.074502.
    
40. 
    ↑ Alexandra Witze. Spinning the Core: Laboratory dynamos attempt to generate magnetic fields the way planets and stars do (англ.) // Science News. — 2013. — 18 May (vol. 183, no. 10). — P. 26.
    
41. 
    ↑ Peter Olson. The New Core Paradox (англ.) // Science. — 2013. — 25 October (vol. 342, iss. 6157). — P. 431—432. — doi:10.1126/science.1243477.
    
42. 
    ↑ Monica Pozzo, Chris Davies, David Gubbins & Dario Alfè. Thermal and electrical conductivity of iron at Earth’s core conditions (англ.) // Nature. — 2012. — 17 May (vol. 485). — P. 355—358. — doi:10.1038/nature11031.
    
43. 
    ↑ N. de Koker, G. Steinle-Neumann, V. Vlček. Electrical resistivity and thermal conductivity of liquid Fe alloys at high P and T, and heat flux in Earth's core (англ.) // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. — 2012. — 03 13 (vol. 109, iss. 11). — P. 4070. — doi:10.1073/pnas.1111841109.
    
44. 
    ↑ J. A. Tarduno et al. Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago (англ.) // Science. — 2010. — 5 March (vol. 327). — P. 1238.
    
45. 
    ↑ John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, William J. Davis, Francis Nimmo, Richard K. Bono. A Hadean to Paleoarchean geodynamo recorded by single zircon crystals (англ.) // Science. — 2015. — 31 July (vol. 349, iss. 6247). — P. 521—524. — doi:10.1126/science.aaa9114.
    
46. 
    ↑ A. J. Biggin, E. J. Piispa, L. J. Pesonen, R. Holme, G. A. Paterson, T. Veikkolainen & L. Tauxe. Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation (англ.) // Nature. — 2015. — 8 October (vol. 526). — P. 245—248. — doi:10.1038/nature15523.
    
47. 
    ↑ Zuzana Konôpková, R. Stewart McWilliams, Natalia Gómez-Pérez & Alexander F. Goncharov. Direct measurement of thermal conductivity in solid iron at planetary core conditions (англ.) // Nature. — 2016. — 2 June (vol. 534). — P. 99—101. — doi:10.1038/nature18009.
    
48. 
    ↑ Kenji Ohta, Yasuhiro Kuwayama, Kei Hirose, Katsuya Shimizu & Yasuo Ohishi. Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth’s core conditions (англ.) // Nature. — 2016. — 2 June (vol. 534). — P. 95—98. — doi:10.1038/nature17957.
    
49. 
    ↑ Le Bars, M., Cébron, D. & Le Gal, P. Flows driven by libration, precession, and tides (англ.) // Annual Review of Fluid Mechanics (англ.)русск.. — Annual Reviews, 2015. — Vol. 47. — P. 163—193.
    
50. 
    ↑ Driscoll, P.; Bercovici, D. On the thermal and magnetic histories of Earth and Venus: Influences of melting, radioactivity, and conductivity (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors. — 2014. — November (iss. 236). — P. 36—51. — doi:10.1016/j.pepi.2014.08.004.
    
51. 
    ↑ Kei Hirose, Guillaume Morard, Ryosuke Sinmyo, Koichio Umemoto, John Hernlund, George Helffrich & Stéphane Labrosse. Crystallization of silicon dioxide and compositional evolution of the Earth’s core (англ.) // Nature. — 2017. — Vol. 543. — P. 99—102. — doi:10.1038/nature21367.
    
52. 
    ↑ O’Rourke, J. G. & Stevenson, D. J. Powering. Earth's dynamo with magnesium precipitation from the core (англ.) // Nature. — 2016. — Vol. 529.
    
53. 
    ↑ Тарасов Л. В. Магнитные полюса Земли — путешествие во времени // Наука и жизнь. — 2017. — № 5. — С. 108—113
    
54. 
    ↑ South Magnetic Pole Movement
    
55. 
    ↑ USGS — National Geomagnetism Program
    
56. 
    ↑ Velocity of the north and south dip poles as given by three field models
    
57. 
    ↑ Associated Press. Polar express: magnetic north pole moving 'pretty fast' towards Russia (англ.), The Guardian (5 February 2019). Дата обращения 5 февраля 2019.
    
58. 
    ↑ 3D модель строения магнитного поля Земли и сценарии переполюсовки
    
59. 
    ↑ McIlwain C. E. Coordinates for mapping the distribution of geomagnetically trapped particles // J. Geophys. Res. — 1961. — V. 66, № 11. — P. 3681—3691.
    
60. 
    ↑ С. В. Мурзин. Введение в физику космических лучей. — М.: Атомиздат, 1979.
    
61. 
    ↑ Перейти обратно:^{1 2 3 4 5} Наука о Земле: Магнитное поле Земли. Влияние Солнца на магнитосферу (недоступная ссылка)
    

Литература[править | править код]

•