Наша планета Земля, несмотря на то, что человечество занимается ее изучением в течение всего времени своего существования, остается загадочным объектом. До сих пор остаются неразгаданными две ее самых больших загадки: происхождение магнитного поля Земли и инверсия ее магнитных полюсов.

Магнитное поле окружает нашу планету с момента ее формирования. Все, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля.

Таким образом, магнитное поле Земли – удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было – его необходимо было бы придумать.

Тем не менее, вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянное движение электрических зарядов, что и приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Однако точного понимания механизмов, благодаря которым Земля поддерживает эффект самогенерации магнитного динамо вместе с наблюдаемыми особенностями вроде инверсии магнитного поля до сих пор нет.

Согласно Всемирной магнитной модели (World Magnetic Model, WMM) магнитное поле Земли более чем на 90% состоит из поля, источник которого находится внутри Земли, в ее жидком внешнем ядре, - эта часть называется главным, основным или нормальным полем. Оно аппроксимируется в виде ряда по гармоникам - ряда Гаусса, а в первом приближении вблизи поверхности Земли (до трех ее радиусов) близко к полю магнитного диполя, то есть имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг (см. рис. 1).

Центр этого диполя смещен относительно центра Земли, а ось наклонена к оси вращения Земли на угол около 11,6°. На такой же угол отстоят от соответствующих географических полюсов геомагнитные полюса – точки пересечения оси диполя с поверхностью Земли.

Однако предположение, что земной шар представляет собой полосовой магнит, подвергается постоянной критике. Вот что об этом говорит действительный член Российской академии естественных наук А.А. Тюняев [8]:

«Физики видят Землю как магнит с северным и южным магнитными полюсами. Если бы правильным был вариант, при котором магнитные силовые линии выходят и входят симметрично, то магнитная стрелка компаса показывала бы не на север, а на точку входа силовой линии в Землю. И такие точки существовали бы в разных широтах.

Проведем эксперимент. Если в кусок пенопласта вмонтировать магнит, то он будет его поворачивать в ванне с водой в соответствии с магнитными силовыми линиями Земли. При проведении опыта с магнитной стрелкой или магнитом на кусочке пенопласта легко заметить, что кусок пенопласта с магнитом не плывет в направлении магнитного полюса. Замечено, что магнитная стрелка только поворачивается вокруг некоторой оси, выравнивается вдоль магнитных силовых линий, в то время как в школьном опыте с опилками мы видели, что опилки приходят в движение и устремляются к месту входа в магнит силовой линии. А у Земли, которая тоже вроде бы магнит, такого явления не наблюдается. Это значит, что ни северный, ни южный полюс не притягивают магнитную стрелку, а только ориентируют. То есть, если бы полюса Земли были бы такой же конструкции как у обычного магнита, то магнитная стрелка притягивалась бы к полюсу так как это случается с любыми магнитами. А простые железные вещи, например, корабли, подводные лодки, под действием магнитной силы просто двигались бы в сторону ближайшего полюса. Почему же этого не происходит ни с железными кораблями, ни с магнитной стрелкой в магнитном поле Земли?

По следующей причине: для перемещения магнитной стрелки в магнитном поле нужно чтобы магнитное поле имело градиент, то есть разность своих соседних значений. Если бы полюса у Земли были, то такой бы градиент возникал бы за счет увеличения плотности силовых линий при приближении к полюсу. В этом же направлении увеличивалась бы и сила магнитного притяжения, то есть чем ближе бы железный предмет оказывался к точке полюса, тем выше было бы значение магнитной силы, действующей на него. Это значит, что наши железные ледоколы сами бы плыли в направлении северного полюса.

формате PDF (573Кб)