ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКАЙ И ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Курсовая работа по физике.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ.

Выполнил студент группы фпо–3

Казанцев Н.Н.

Руководитель доцент кафедры ТОФ

Грызов Ю.В.

ЛИПЕЦК

2. Магнитное поле.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Основные свойства магнитного поля:

магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).

Открыл магнитное поле в 1820 г. датский физик Х.К. Эрстед.

Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину принято обозначать буквой В . Логично было бы по аналогии с напряжённостью электрического поле Е назвать В напряжённостью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией . Название же "напряжённость магнитного поля" оказалась присвоенной вспомогательной характеристике D электрического поля.

Магнитное поле, в отличии от электрического, не оказывает действие на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется.

Итак, движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства – создают в нём магнитное поле. Это проявляется в том, что на движущиеся в нём заряды (токи) действуют силы.

Опыт даёт. Что для магнитного, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции:

поле В , порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей B I , порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности:

II. Общая характеристика магнитного поля земли.

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Человечество начало ис­пользовать магнитное поле Земли давно. Уже в начале XII-XIII вв. получает широкое распространение в мореходстве компас. Однако в те времена считалось, что стрелку компаса ориентирует Полярная звезда и её магнетизм. Предположение о существовании магнитного поля Земли впервые высказал в 1600 г. английский естествоиспытатель Гильберт.

В любой точке пространства, окружающего Землю, и на её поверхности об­наруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве, окру­жающем Землю, создаётся магнитное поле, силовые линии которого изобра­жены на рис.1.

Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Се­верный маг­нитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Ан­тарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности со скоростью около 5 за год из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430 км. Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного поля проходит всего под углом в 11,5 градусов к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создаётся её ядром. Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое. Металл – проводящее ток вещество, и если бы существовали в жидком ядре постоянные течения, то соответствующий электрический ток создавал бы магнитное поле. Благодаря вращению Земли, такие течения в ядре существуют, т.к. Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Незначительная часть магнитного поля (около 1%) имеет внеземное проис­хождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам, те­кущим в проводящих слоях ионосферы и поверхности Земли. Эта часть магнитного поля Земли подвержена слабому изменению со време­нем, которое называется вековой вариацией. Причины существования электрических токов в вековой вариации неизвестны.

В идеальном и гипотетическом предположении, в котором Земля была бы одинока в космическом пространстве, силовые линии магнитного поля планеты располагались таким же образом, как и силовые линии обычного магнита из школьного учебника физики, т.е. в виде симметричных дуг, протянувшихся от южного полюса к северному. Плотность линий (напряжённость магнитного поля) падала бы с удалением от планеты. На деле, магнитное поле Земли находится во взаимодействии с магнитными полями Солнца, планет и потоков заряженных частиц, испускаемых в изобилии Солнцем. Если влиянием самого Солнца и тем более планет из-за удалённости можно пренебречь, то с потоками частиц, иначе – солнечным ветром, так не поступишь. Солнечный ветер представляет собой потоки мчащихся со скоростью около 500 км/с частиц, испускаемых солнечной атмосферой. В моменты солнечных вспышек, а также в периоды образования на Солнце группы больших пятен, резко возрастает число свободных электронов, которые бомбардируют атмосферу Земли. Это приводит к возмущению токов текущих в ионосфере Земли и, благодаря этому, происходит изменение магнитного поля Земли. Возникают магнитные бури. Такие потоки порождают сильное магнитное поле, которое и взаимодействует с полем Земли, сильно деформируя его. Благодаря своему магнитному полю, Земля удерживает в так называемых радиационных поясах захваченные частицы солнечного ветра, не позволяя им проходить в атмосферу Земли и тем более к поверхности. Частицы солнечного ветра были бы очень вредны для всего живого. При взаимодействии упоминавшихся полей образуется граница, по одну сторону которой находится возмущённое (подвергшееся изменениям из-за внешних влияний) магнитное поле частиц солнечного ветра, по другую – возмущённое поле Земли. Эту границу стоит рассматривать как предел околоземного пространства, границу магнитосферы и атмосферы. Вне этой границы преобладает влияние внешних магнитных полей. В направлении к Солнцу магнитосфера Земли сплюснута под натиском солнечного ветра и простирается всего до 10 радиусов планеты. В противоположном направлении имеет место вытянутость до 1000 радиусов Земли.

Основная часть магнитного поля Земли обнаруживает аномалии в различных районах земной поверхности. Эти аномалии, по-видимому, следует приписать присутствию в земной коре ферромагнитных масс или различию магнитных свойств горных пород. Поэтому изучение магнитных аномалий имеет практи­ческое значение при исследовании полезных ископаемых.

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку NS на нити l (рис.2) так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли.

В северном полушарии - южный конец будет наклонён к Земле и стрелка со­ставит с го­ризонтом угол наклонения Q (на магнитном экваторе наклонение Q равно нулю). Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, назы­вается плоскостью магнитного меридиана. Все плоскости магнитных меридиа­нов пересекаются по прямой NS , а следы магнитных меридианов на земной по­верхности сходятся в магнитных полюсах N и S . Так как магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами, то стрелка будет отклонена от гео­графического меридиана. Угол, который образует вертикальная плоскость, проходящая через стрелку (т.е. магнитный меридиан), с географическим мери­дианом, называется магнитным склонением a (рис. 2). Вектор

полей на­пряжёности магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную(рис. 3). Значение углов наклоне­ния и склонения, а также горизонтальной составляющейдают возмож­ность определить величину и направление полной напряжённости магнитного поля Земли в данной точке. Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая, магнитное склонениеa и на­клонение Q называются элементами земного магнетизма. Все элементы зем­ного магнетизма изменяются с течением времени.

"Вероятность смены магнитных полюсов Земли в ближайшее время. Исследования подробных физических причин этого процесса.

Как-то смотрел научно-популярный фильм по этому вопросу, снятый лет 6-7 назад.
Там приводились данные о появлении аномальной области в южной части Атлантического океана - смена полярности и слабая напряженность. Вроде как при пролете спутников над этой территорией их приходится выключать, чтобы электроника не испортилась.

Да и по времени вроде бы как этот процесс должен произойти. Также там говорилось о планах Европейского космического агентства запустить серию спутников с целью подробного изучения напряженности магнитного поля Земли. Может быть уже опубликовали данные этого исследования, если спутники по этому поводу получилось запустить?"

Магнитные полюса Земли - это часть магнитного (геомагнитного) поля нашей планеты, которое генерируется потоками расплавленного железа и никеля, окружающего внутреннее ядро Земли (другими словами, турбулентная конвекция во внешнем ядре Земли генерирует геомагнитное поле). Поведение Магнитного поля Земли объясняют течением жидких металлов на границе земного ядра с мантией.

В 1600 году английский ученый Уильям Гильберт в своей книге «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». представил Землю, как гигантский постоянный магнит, ось которого не совпадает с осью вращения Земли (угол между этими осями называют магнитным склонением).

В 1702 году Э. Галлей создает первые магнитные карты Земли. Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли).

Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.

Еще в 1635 году Геллибранд устанавливает, что магнитное поле Земли меняется. Позднее было установлено, что существуют постоянные и кратковременные изменения магнитного поля Земли.

Причиной постоянных изменений является наличие залежей полезных ископаемых. На Земле имеются такие территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажается залеганием железных руд. Например, Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области.

Причина кратковременных изменений магнитного поля Земли - действие "солнечного ветра", т.е. действие потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем. Магнитное поле этого потока взаимодействует с магнитным полем Земли, возникают "магнитные бури". На частоту и силу магнитных бурь влияет солнечная активность.

В годы максимума солнечной активности (один раз в каждые 11,5 лет) возникают такие магнитные бури, что нарушается радиосвязь, а стрелки компасов начинают непредсказуемо "плясать".

Результатом взаимодействия заряженных частиц "солнечного ветра" с атмосферой Земли в северных широтах является такое явление, как "полярное сияние".

Смена магнитных полюсов Земли (инверсия магнитного поля, англ. geomagnetic reversal) происходит каждые 11,5-12,5 тысяч лет. Называют и другие цифры - 13.000 лет и даже 500 тысяч лет и более, а последняя инверсия произошла 780.000 лет назад. По всей видимости, переполюсовка Магнитного Поля Земли - явление непериодическое. На протяжении геологической истории нашей планеты земное магнитное поле изменяло свою полярность более 100 раз.

Цикл смены полюсов Земли (связанный собственно с планетой Земля) можно отнести к глобальным циклам (наряду, например, с циклом флуктуации оси прецессии), оказывающим влияние на все происходящее на Земле…

Возникает законный вопрос: когда ждать смену магнитных полюсов Земли (инверсию магнитного поля планеты), или смещение полюсов на “критический” угол (по некоторым теориям на экватор)?..

Процесс смещения магнитных полюсов регистрируется уже более века. Северный и Южный магнитные полюса (СМП и ЮМП) постоянно “мигрируют”, отдаляясь от географических полюсов Земли (угол “погрешности” сейчас составляет порядка 8 градусов по широте для СМП и 27 градусов для ЮМП). Кстати, было установлено, что Географические полюса Земли тоже движутся: ось планеты отклоняется со скоростью около 10 см в год.

Северный магнитный полюс впервые был открыт в 1831 году. В 1904 году, когда ученые вторично провели измерения, обнаружилось, что полюс переместился на 31 милю. Стрелка компаса указывает на магнитный полюс, а не на географический. Исследование показало, что за последнюю тысячу лет магнитный полюс перемещался на значительные расстояния по направлению от Канады к Сибири, но иногда и в других направлениях.

Северному магнитному полюсу Земли не сидится на месте. Впрочем, как и южному. Северный долго «блуждал» по арктической Канаде, но с 70-х годов прошлого века его движение обрело четкое направление. С растущей скоростью, достигающей сейчас 46 км в год, полюс практически по прямой устремился в Российскую Арктику. По прогнозу Канадской геомагнитной службы, к 2050 году он будет находиться в районе архипелага Северная Земля.

На скорую смену полюсов указывает факт ослабления Магнитного поля Земли около полюсов, который установил в 2002 году французский профессор геофизики Готье Юло (Gauthier Hulot). Кстати, Магнитное поле Земли ослабло почти на 10% с тех пор, как оно впервые было измерено в 30-х годах 19 века. Факт: в 1989-м жители Квебека (Канада) в результате того, что солнечные ветры прорвались через слабый магнитный щит и вызвали тяжелые поломки в электрических сетях, остались на 9 часов без света.

Из школьного курса физики мы знаем, что электрический ток нагревает проводник, по которому течет. В данном случае движение зарядов будет нагревать ионосферу. Частицы будут проникать в нейтральную атмосферу, это повлияет на систему ветров на высоте 200-400 км, а значит — и на климат в целом. Смещение магнитного полюса повлияет и на работу техники. Например, в средних широтах в летние месяцы невозможно будет пользоваться коротковолновой радиосвязью. Нарушится и работа спутниковых навигационных систем, поскольку они используют модели ионосферы, которые в новых условиях будут неприменимы. Геофизики также предостерегают, что при приближении северного магнитного полюса вырастут наведенные индуцированные токи в российских линиях электропередач и энергосетях.

Впрочем, всего этого может и не случиться. Северный магнитный полюс может в любой момент изменить направление движения или остановиться, и предвидеть этого нельзя. А для Южного полюса и вовсе нет прогноза на 2050 год. До 1986 года он двигался весьма бодро, но потом его скорость упала.

Итак, вот четыре факта, которые указывают на приближающуюся или уже начавшуюся инверсию геомагнитного поля:
1. Уменьшение на протяжении последних 2,5 тыс. лет напряженности геомагнитного поля;
2. Ускорение падения напряженности поля в последние десятилетия;
3. Резкое ускорение смещения магнитного полюса;
4. Особенности распределения магнитных силовых линий, которое становится похожим на картину, соответствующую стадии подготовки инверсии.

О возможных последствиях смены геомагнитных полюсов идет широкая дискуссия. Есть разнообразные точки зрения — от вполне оптимистичных до крайне тревожных. Оптимисты ссылаются на тот факт, что в геологической истории Земли произошли сотни инверсий, однако не удалось установить связь массовых вымираний и природных катастроф с этими событиями. Кроме того, биосфера обладает значительными способностями к адаптации, а процесс инверсии может длиться довольно долго, так что времени, чтобы подготовиться к переменам, более чем достаточно.

Противоположная точка зрения не исключает того, что инверсия может произойти при жизни ближайших поколений и окажется катастрофой для человеческой цивилизации. Надо сказать, что эта точка зрения в значительной степени скомпрометирована большим числом ненаучных и просто антинаучных высказываний. В качестве примера можно привести мнение, согласно которому во время инверсии человеческие мозги испытают перезагрузку, подобно тому, как это происходит с компьютерами, при этом произойдет полное стирание содержащейся в них информации. Несмотря на такие высказывания оптимистическая точка зрения весьма поверхностна.

Современный мир — далеко не тот, что был сотни тысяч лет назад: человек породил множество проблем, которые сделали этот мир хрупким, легко ранимым и крайне неустойчивым. Есть основания полагать, что последствия инверсии действительно будут поистине катастрофичны для мировой цивилизации. И полная потеря работоспособности Всемирной паутины из-за разрушения систем радиосвязи (а оно обязательно наступит в момент утраты радиационных поясов) — лишь один из примеров глобальной катастрофы. К примеру, вследствие разрушения систем радиосвязи выйдут из строя все спутники.

Интересный аспект воздействия геомагнитной инверсии на нашу планету, связанный с изменением конфигурации магнитосферы, рассматривает в своих недавних работах профессор В.П.Щербаков из Геофизической обсерватории Борок. В обычном состоянии благодаря тому, что ось геомагнитного диполя ориентирована приблизительно вдоль оси вращения Земли, магнитосфера служит эффективным экраном для высокоэнергетических потоков заряженных частиц движущихся от Солнца. При инверсии вполне вероятна ситуация, когда во фронтальной подсолнечной части магнитосферы в области низких широт образуется воронка, через которую солнечная плазма сможет достигать поверхности Земли. Из-за вращения Земли в каждом конкретном месте низких и отчасти умеренных широт такая ситуация будет повторяться ежесуточно по несколько часов. То есть значительная часть поверхности планеты каждые 24 часа будет испытывать сильный радиационный удар.

Однако, ученые из НАСА предполагают ошибочность утверждения, что смена полюсов может на короткое время лишить Землю магнитного поля, которое защищает нас от солнечных вспышек и других космических опасностей. Однако магнитное поле может ослабевать или усиливаться с течением времени, но нет никаких признаков того, что оно может полностью исчезнуть. Более слабое поле, конечно приведет к небольшому увеличению солнечной радиации на Земле, а также к наблюдению красивых полярных сияний на более низких широтах. Но ничего смертельно не случится, а плотная атмосфера отлично защищает Землю от опасных солнечных частиц.

Наука доказывает, что смена полюсов - с точки зрения геологической истории Земли - обычное явление, которое происходит постепенно, в течение тысячелетий.

Географические полюса тоже постоянно смещаются по поверхности Земли. Но эти смещения происходят медленно и носят закономерный характер. Ось нашей планеты, вращающейся подобно волчку, описывает конус вокруг полюса эклиптики с периодом около 26 тысяч лет, в соответствии с миграцией географических полюсов происходят и постепенные климатические изменения. Они вызываются, в основном, смещением океанических течений, переносящих тепло материкам.Другое дело - неожиданные, резкие «кувырки» полюсов. Но вращающаяся Земля представляет собой гироскоп с весьма внушительным собственным моментом количества движений, иными словами, является инерционным объектом. сопротивляющимся попыткам изменить характеристики его движения. Внезапное изменение наклона оси Земли и тем более ее «кувырок» не могут быть вызваны внутренними медленными перемещениями магмы или гравитационным взаимодействием с каким- либо проходящим мимо космическим телом.

Такой опрокидывающий момент может возникнуть только при касательном ударе астероида размером не менее 1000 километров в диаметре, под- летающего к Земле со скоростью 100 км/сек.Более реальной угрозой для жизни человечества и всего живого мира Земли представляется смена геомагнитных полюсов. Магнитное поле нашей планеты, которое наблюдается сегодня, очень схоже с тем, которое создавал бы помещенный в центре Земли гигантский стержневой магнит, ориентированный вдоль линии север-юг. Точнее, он должен быть установлен так, чтобы его Северный магнитный полюс был направлен на Южный географический полюс, а Южный магнитный полюс - на Северный географический.

Однако эта ситуация не является постоянной. Исследования последних четырех сот лет показали, что магнитные полюса вращаются вокруг своихгеографических двойников, смещаясь примерно на двенадцать градусов каждое столетие. Эта величина соответствует скоростям течений в верхнем ядре в десять-тридцать километров в год.Кроме постепенных смещений магнитных полюсов примерно каждые пятьсот тысяч лет,магнитные полюса Земли меняются местами. Изучение палеомагнитных характеристик породразного возраста позволило ученым сделать вывод, что время таких инверсий магнитных полю-сов занимало как минимум пять тысяч лет. Полной неожиданностью для ученых, занимающихся изучением жизни Земли, явились результаты анализа магнитных свойств потока лавы толщиной около километра, излившегося 16,2 миллиона лет назад и найденного недавно на востоке пустыни Орегона.

Ее исследование, проведенное Робом Коуи из Калифорнийского университета в Санта-Круз, и Мишелем Привота из университета в Монтпилиере, произвели настоящую сенсацию в геофизике. Полученные результаты магнитных свойств вулканической породы объективно показали, что нижний слой застывал при одномположении полюса, сердцевина потока - при перемещении полюса, и, наконец, верхний слой - припротивоположном полюсе. И все это произошло затринадцать дней. Орегонская находка заставляет допустить, что магнитные полюса Земли могут поменяться местами не в течение нескольких тысяч лет, а всего лишь двух недель. Последний раз это произошло около семисот восьмидесяти тысяч лет назад. Но чем это может угрожать всем нам? Сейчас магнитосфера окутывает Землю на высоте шестидесяти тысяч километров и служит своеобразным щитом на пути солнечного ветра. Если же произойдет смена полюсов, то магнитное поле во время инверсии уменьшится на 80-90%. Такое резкое изменение обязательно повлияет на различные технические приборы, животный мир и, конечно, на человека.

Правда, жителей Земли должен несколько успокоить тот факт, что во время смены полюсов Солнца, произошедшей в марте 2001 года, исчезновения магнитного поля зафиксировано не было.

Следовательно, полного исчезновения защитного слоя Земли, скорее всего, не произойдет. Инверсия магнитных полюсов не может стать глобальной катастрофой. Само наличие жизни на Земле, многократно пережившей инверсию, это подтверждает, хотя отсутствие магнитного поля иявляется неблагоприятным фактором для животного мира. Это наглядно продемонстрировали эксперименты американских ученых, еще в шестидесятых годах построивших две экспериментальные камеры. Одна из них была окружена мощным металлическим экраном, снижавшим напряженность земного магнитного поля в сотни раз. В другой камере сохранились земные условия. В них были помещены мыши и семена клевера, пшеницы. Спустя несколько месяцев оказалось, что мыши в экранированной камере быстрее теряли волосяной покров и умирали раньше, чем контрольные. Их кожа была более толстой, чем у животных другой группы. И она, разбухая, вытесняла корневые мешочки волос, что служило причиной раннего облысения. У растений в безмагнитной камере также были отмечены изменения.

Трудно придется и тем представителям животного царства, например перелетным птицам, которые обладают своеобразным встроенным компасом и используют магнитные полюса для ориентации. Но, судя по отложениям, массового вымирания видов при инверсии магнитных полюсов раньше не происходило. Не произойдет, видимо, и в будущем. Ведь даже несмотря на огромную скорость перемещения полюсов, птицам за ними не угнаться. Тем более что многие животные, как, например, пчелы, ориентируются по Солнцу, а морские мигрирующие животные используют больше магнитное поле пород на океаническом дне, чем глобальное. Навигационные системы, системы связи, созданные людьми, подвергнутся серьезным испытаниям,которые могут вывести их из строя. Совсем плохо придется многочисленным компасам - их придетсяпросто выбросить. Но при перемене полюсов могут быть и «положительные» эффекты - по всей Земле будут наблюдаться огромные северные сияния - правда, в течение всего двух недель.

Ну, а теперь немного теорий загадок цивилизаций:-) Кто то это вполне принимает всерьез...

Согласно еще одной гипотезе, мы живем в уникальное время: происходит смена полюсов на Земле и осуществляется квантовый переход нашей планеты на ее двойник, находящийся в параллельном мире четырехмерного пространства. Высшие цивилизации (ВЦ) для уменьшения последствий планетарной катастрофы этот переход осуществляют плавно, чтобы создать благоприятные условия для зарождения новой ветви Сверхцивилизации Богочеловечества. Представители ВЦ считают, что старая ветвь Человечества не разумна, поскольку она за последние десятилетия, по крайней мере, пять раз могла уничтожить все живое на планете, если бы не своевременное вмешательство ВЦ.

Сегодня среди ученых, нет единого мнения относительно того, как долго может продлиться процесс перемены полюсов. По одной версии, на это уйдет несколько тысяч лет, в течение которых Земля будет беззащитна перед солнечной радиацией. По другой - на смену полюсов уйдет всего несколько недель. А вот дату Апокалипсиса, по мнению некоторых ученых, подсказывают нам древние народности майя и атланты - 2050 год.

В 1996 году американский популяризатор науки С. Ранкорн сделал вывод, что ось вращения перемещалась отнюдь не однажды в геологической истории Земли вместе с магнитным полем. Он предполагает, что последняя геомагнитная инверсия произошла около 10 450 года до н. э. Именно об этом и сообщали нам атланты, оставшиеся в живых после потопа, отправив в будущее свое послание. Они знали о регулярной периодической смене полярности полюсов Земли примерно через каждые 12 500 лет. Если к 10450 году до н. э. приплюсовать 12 500 лет, то опять получится 2050 год н. э. - год ближайшего гигантского природного катаклизма. Эту дату специалисты вычислили в ходе разгадки расположения в долине Нила трех египетских пирамид - Хеопса, Хефрена и Микерина.

Российские ученые полагают, что мудрейшие атланты выводили нас на знания о периодической смене полярности полюсов Земли через знание законов прецессии, которые заложены в расположении этих трех пирамид. Атланты, судя по всему, были полностью уверены, что когда-нибудь в далеком для них будущем появится на Земле новая высокоразвитая цивилизация, а ее представители заново откроют прецессионные законы.

По одной из гипотез, именно атланты скорее всего руководили возведением трех крупнейших пирамид в долине Нила. Все они построены на 30-м градусе северной широты и сориентированы по сторонам света. Каждая грань сооружения нацелена на север, на юг, на запад или на восток. Не известно ни одного другого строения на Земле, которое было бы столь же точно с погрешностью всего 0,015 градуса сориентировано по сторонам света. Поскольку древние строители достигли своей цели, значит, они обладали соответствующей квалификацией, знаниями, первоклассным оборудованием и приборами.

Идем далее. Пирамиды установлены по сторонам света с отклонением в три минуты шесть секунд от меридиана. А числа 30 и 36 - знаки прецессионного кода! 30 градусов небесного горизонта соответствуют одному знаку Зодиака, 36 - число лет, за которые картинка неба смещается на полградуса.

Учеными были также установлены определенные закономерности и совпадения, связанные с размерами пирамиды, углами наклона их внутренних галерей, углом возрастания винтовой лестницы молекулы ДНК, закрученной спиралью, и т. д. и т. п. Стало быть, решили ученые, атланты всеми доступными им способами указывали нам на строго определенную дату, которая совпала с крайне редким астрономическим явлением. Оно повторяется один раз в 25 921 год. В тот момент три звезды Пояса Ориона пребывали в самом нижнем своем прецессионном положении над линией горизонта в день весеннего равноденствия. Это бьио в 10 450 году до н. э. Вот так древние мудрецы усиленно выводили человечество на эту дату через мифологические коды, через карту участка звездного неба, нарисованную в долине Нила с помощью трех пирамид.

И вот в 1993 году бельгийский ученый Р. Бьювэлл воспользовался законами прецессии. Путем компьютерного анализа он выявил, что три крупнейшие египетские пирамиды установлены на местности так, как располагались на небе три звезды Пояса Ориона в 10 450 году до н. э., когда они находились в нижней, то есть исходной точке своего прецессионного движения по небу.

Современные геомагнитные исследования показали, что около 10450 года до н. э. произошла мгновенная смена полярности полюсов Земли и ока сместилась на 30 градусов относительно своей оси вращения. В результате наступил общепланетный глобальный мгновенный катаклизм. Геомагнитные исследования, проведенные в конце 1980-х годов американскими, английскими и японскими учеными, показали и другое. Эти кошмарные катаклизмы постоянно происходили в геологической истории Земли с регулярностью примерно в 12 500 лет! Это они, очевидно, погубили и динозавров, и мамонтов, и Атлантиду.

Оставшиеся в живых после предыдущего потопа в 10 450 году до н. э. и отправившие нам свое послание через пирамиды атланты очень надеялись, что новая высокоразвитая цивилизация появится на Земле задолго до тотального ужаса и конца света. И может быть, успеет подготовиться к тому, чтобы встретить бедствие во всеоружии. По одной из гипотез, их науке не удалось сделать открытие об обязательном «кувырке» планеты на 30 градусов в момент переполюсовки. В результате произошло смещение всех континентов Земли именно на 30 градусов и Атлантида очутилась на Южном полюсе. И тут же все ее население мгновенно замерзло, как мгновенно замерзли в тот же момент на другом конце планеты мамонты. Остались в живых только те представители высокоразвитой атлантической цивилизации, которые пребывали в ту пору на других континентах планеты в высокогорной местности. Им посчастливилось избежать Всемирного потопа. И вот они ре шили предупредить нас, людей далекого для них будущего, что каждая смена полюсов сопровождается «кувырком» планеты и непоправимыми последствиями.

В 1995 году были проведены новые дополнительные исследования с помощью современных приборов, созданных специально для исследований такого рода. Ученым удалось внести важнейшее уточнение в прогноз предстоящей смены полярности полюсов и более точно обозначить дату жуткого события - 2030 год.

Американский ученый Г. Хэнкок называет дату всеобщего конца света еще более близкую - 2012 год. Свое предположение он основывает на одном из календарей южно-американской цивилизации индейцев майя. По мнению ученого, календарь, возможно, достался индейцам в наследство от атлантов.

Так вот, согласно Длинному счету майя, наш мир циклически создается и уничтожается с периодом в 13 бактунов (или приблизительно 5120 лет). Текущий цикл начался 11 августа 3113 года до н. э. (0.0.0.0.0) и завершится 21 декабря 2012 года н. э. (13.0.0.0.0). Майя считали, что в этот день наступит конец света. А после этого, если верить им, наступит начало нового цикла и начало нового Мира.

По данным других палеомагнитологов, смена магнитных полюсов Земли произойдет вот-вот. Но не в обывательском понимании - завтра, послезавтра. Одни исследователи называют одну тысячу лет, другие - две тысячи. Вот тогда и наступит Конец Света, Страшный суд, Всемирный потоп, который описан в Апокалипсисе.

Но человечеству уже предрекали конец света в 2000 году. А жизнь все равно продолжается - и она прекрасна!

источники
http://2012god.ru/forum/forum-37/topic-338/page-1/
http://www.planet-x.net.ua/earth/earth_priroda_polusa.html
http://paranormal-news.ru/news/2008-11-01-991
http://kosmosnov.blogspot.ru/2011/12/blog-post_07.html
http://kopilka-erudita.ru

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако 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 постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

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. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить . Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле . Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует . Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из "теорий заговора" – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. "Собранные" частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

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.

ГЛАВА 2

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ,

ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ

Магнитное поле Земли

Пространство, где обнаруживается действие магнитных сил Земли, называется магнитным полем. В первом приближении магнитное поле Земли можно рассматривать как поле шара, намагниченного по оси, расположенной под углом 11,5 0 к оси вращения Земли. Магнитный момент Земли составляет 8,3 10 22 Ам 2 . Сложную картину распределения геомагнитного поля в первом приближении можно представить полем диполя (эксцентрического, со смещением от центра Земли приблизительно на 436 км). Силовые линии диполя выходят из Южного полюса и входят в Северный, образуя петли, замкнутые на расстояниях до десяти земных радиусов (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Силовые линии однородно намагниченного земного шара

Полюсы геомагнитные (полюсы однородно намагниченного шара) и полюсы магнитные задают соответственно систему геомагнитных координат (широта геомагнитная, меридиан геомагнитный, экватор геомагнитный).

Планета Земля постоянно находится в потоке солнечного ветра, который образуется при газодинамическом расширении солнечной короны в межпланетном пространстве под воздействием высоких температур. Солнечный ветер, представляющий собой непрерывный поток плазмы, состоит в основном из протонов и электронов, распространяющихся радиально. Измерения, выполненные на спутниках и ракетах, показали, что взаимодействие плазмы солнечного ветра с геомагнитным полем ведет к нарушению дипольной структуры поля с расстояния 3R з от центра Земли. Солнечный ветер локализует геомагнитное поле в ограниченном объеме околоземного пространства, «вмораживает» магнитное поле в плазму. Сталкиваясь с геомагнитным полем, солнечный ветер огибает его, формируя подобную комете полость, в которой движение заряженных частиц контролируется магнитным полем Земли.

Полость, недоступная для проникновения солнечного ветра, была названа магнитосферой Земли. Схематически конфигурация магнитосферы и пространственное распределение плазмы, полей и токов в ней представлено на рис.2.2 /18/. Внешняя граница магнитосферы называется магнитопаузой. На магнитопаузе магнитосферы динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением магнитного поля Земли. Солнечный ветер сжимает земное магнитное поле с дневной стороны и уносит геомагнитные силовые линии полярных областей на ночную сторону, образуя вблизи плоскости эклиптики магнитный хвост Земли протяженностью не менее 5 млн.км.

При типичных параметрах солнечного ветра расстояние до подсолнечной точки магнитопаузы составляет 10 R з. В редких случаях, когда давление солнечного ветра падает почти до нуля, лобовая точка магнитопаузы смещается далеко к солнцу и магнитное поле становится дипольным до очень больших расстояний.

Силовые линии магнитного поля на дневной стороне поджаты давлением солнечного ветра и замкнуты. В окрестностях лобовой точки на магнитопаузе силовые линии межпланетного магнитного поля могут соединяться с силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей. Этот процесс, называемый пересоединением, уносится солнечным ветром на ночную сторону, уменьшая поток магнитного поля на дневной стороне.

Рис.2.2. Схематическая модель магнитосферы

На ночной стороне силовые линии магнитного поля вытягиваются в антисолнечном направлении, образуя хвост магнитосферы. Поле в северной доле хвоста направлено в сторону Солнца, в южной доле – в противоположном направлении. Между долями образуется выраженный нейтральный слой, который погружен в плазменный слой, заполненный разреженной плазмой. Граница между замкнутыми и разомкнутыми силовыми линиями проецируется в авральные овалы, области, где наиболее часто наблюдаются полярные сияния.

На обращенной к Солнцу части магнитопаузы, в области магнитных полюсов, располагаются нейтральные точки, вокруг которых существуют воронкообразные области слабого магнитного поля, называемые полярными каспами. Каспы проецируются на магнитные широты порядка 70-80 о и являются «окошками» в солнечный ветер.

Размеры этих областей магнитопаузы малы, и частицы плазмы солнечного ветра могут почти беспрепятственно проникать вдоль силовых линий в ионосферу. В отличие от других областей каспы являются областями, где обнажена ионосфера, поэтому здесь в первую очередь происходят столкновения магнитосферы с разрывами и волновыми фронтами в солнечном ветре.

Более 90% объема магнитосферы соединено силовыми линиями магнитного поля с полярной ионосферой, которая расположена на геомагнитных широтах выше 60 о. Здесь, в высоких широтах, где силовые линии почти перпендикулярны поверхности Земли, проявляются эффекты высыпаний заряженных частиц из магнитосферы. Глубина проникновения частиц и процессы их торможения зависят от энергии частиц. Электроны проникают до высоты 100-70 км, вызывая ионизацию верхних слоев атмосферы и рентгеновское излучение. Авральные свечения, так называемые полярные сияния, являются красочным проявлением сложных процессов, протекающих на огромных расстояниях, в магнитосфере Земли /20/.

При столкновении потока солнечной плазмы с магнитным полем Земли образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна, фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13-14 радиусов Земли. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной 20 тыс. км, где магнитное поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение ее частиц – хаотичным. Переходная зона – это граница магнитосферы, которая называется магнитопаузой, она расположена со стороны Солнца на расстоянии 10 – 12 радиусов Земли. Потоки частиц солнечной плазмы обтекают магнитосферу и резко искажают на значительном расстоянии структуру ее магнитного поля.

Примерно до расстояния 3R з магнитное поле расположено достаточно близко к полю магнитного диполя, напряженность этого магнитного поля убывает с высотой 1/R з. Далее магнитное поле ослабевает медленнее, чем поле диполя, а его силовые линии с солнечной стороны прижимаются к Земле. Линии геомагнитного поля, выходящие из полярных областей Земли, отклоняются солнечным ветром на ночную сторону Земли. Там они образуют «хвост», или «шлейф», магнитосферы протяженностью более 5 млн.км. Пучки магнитных силовых линий противоположного направления разделены в хвосте областью очень слабого магнитного поля (нейтральным слоем), где концентрируется горячая плазма с температурой в миллионы градусов.

По уходящим в хвост магнитосферы силовым линиям в ночную часть попадают частицы плазменного хвоста планеты. Именно эти частицы вызывают полярные сияния. Зона их проявления представляет собой узкую полосу овальной формы. Центр овала смещен относительно геомагнитного полюса в ночную сторону. Земля поворачивается относительно этого овала в своем суточном движении. Размеры и положение овала полярных сияний определяются расположением и конфигурацией магнитосферы и зависят от солнечной активности. В периоды наибольшей солнечной активности овал полярных сияний спускается на более низкие широты.

В 1905 году Эйнштейн назвал одной из пяти главных загадок тогдашней физики причину земного магнетизма.

В начале XX века сам факт существования геомагнитного поля никак не поддавался объяснению (при том что о его самой парадоксальной особенности тогда просто не подозревали). Было известно, что магнитные полюса немного перемещаются по земной поверхности, но никто не предполагал, что они способны к более радикальному поведению, – это открытие было лишь на подходе

В том же 1905 году французский геофизик Бернар Брюнес провел в южном департаменте Канталь замеры магнетизма лавовых отложений эпохи плейстоцена. Вектор намагниченности этих пород составлял почти 180 градусов с вектором планетарного магнитного поля (его соотечественник П. Давид получил аналогичные результаты даже годом раньше). Брюнес пришел к заключению, что три четверти миллиона лет назад во время излияния лавы направление геомагнитных силовых линий было противоположным современному. Так был обнаружен эффект инверсии (обращения полярности) магнитного поля Земли. Во второй половине 1920-х годов выводы Брюнеса подтвердили П.Л. Меркантон и Монотори Матуяма, но эти идеи получили признание лишь к середине столетия.

Сейчас мы знаем, что геомагнитное поле существует не менее 3,5 млрд лет и за это время магнитные полюса тысячи раз обменивались местами (Брюнес и Матуяма исследовали последнюю по времени инверсию, которая сейчас носит их имена). Иногда геомагнитное поле сохраняет ориентацию в течение десятков миллионов лет, а иногда — не более пятисот веков. Сам процесс инверсии обычно занимает несколько тысячелетий, и по его завершении напряженность поля, как правило, не возвращается к прежней величине, а изменяется на несколько процентов.

В начале XX века сам факт существования геомагнитного поля никак не поддавался объяснению (при том что о его самой парадоксальной особенности тогда просто не подозревали). Было известно, что магнитные полюса немного перемещаются по земной поверхности, но никто не предполагал, что они способны к более радикальному поведению, — это открытие было лишь на подходе.

Механизм геомагнитной инверсии не вполне ясен и поныне, а уж сто лет назад он вообще не допускал разумного объяснения. Поэтому открытия Брюнеса и Давида только подкрепили эйнштейновскую оценку — действительно, земной магнетизм был крайне загадочен и непонятен. А ведь к тому времени его исследовали свыше трехсот лет, а в XIX веке им занимались такие звезды европейской науки, как великий путешественник Александр фон Гумбольдт, гениальный математик Карл Фридрих Гаусс и блестящий физик-экспериментатор Вильгельм Вебер. Так что Эйнштейн воистину глядел в корень.

168 магнитных полюсов

Как вы думаете, сколько у нашей планеты магнитных полюсов? Почти все скажут, что два — в Арктике и Антарктике. На самом деле ответ зависит от определения понятия полюса. Географическими полюсами считают точки пересечения земной оси с поверхностью планеты. Поскольку Земля вращается как твердое тело, таких точек всего две и ничего другого придумать нельзя. А вот с магнитными полюсами дело обстоит много сложнее. Например, полюсом можно счесть небольшую область (в идеале опять-таки точку), где магнитные силовые линии перпендикулярны земной поверхности. Однако любой магнитометр регистрирует не только планетарное магнитное поле, но и поля местных пород, электрических токов ионосферы, частиц солнечного ветра и прочих дополнительных источников магнетизма (причем их средняя доля не так уж мала, порядка нескольких процентов). Чем точнее прибор, тем лучше он это делает — и потому все больше затрудняет выделение истинного геомагнитного поля (его называют главным), источник которого находится в земных глубинах. Поэтому координаты полюса, определенные с помощью прямого измерения, не отличаются стабильностью даже в течение короткого отрезка времени.

Полюса наоборот

Многие знают, что общепринятые названия полюсов верны с точностью до наоборот. В Арктике расположен полюс, на который указывает северный конец магнитной стрелки — следовательно, его стоило бы считать южным (одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются!). Аналогично, северный магнитный полюс базируется в высоких широтах Южного полушария. Тем не менее, по традиции мы именуем полюса в соответствии с географией. Физики давно условились, что силовые линии выходят из северного полюса любого магнита и входят в южный. Отсюда следует, что линии земного магнетизма покидают южный геомагнитный полюс и стягиваются к северному. Такова конвенция, и нарушать ее не стоит (самое время припомнить печальный опыт Паниковского!).

Можно действовать иначе и установить положение полюса на основании тех или иных моделей земного магнетизма. В первом приближении нашу планету можно считать геоцентрическим магнитным диполем, ось которого проходит через ее центр. В настоящее время угол между нею и земной осью составляет 10 градусов (несколько десятилетий назад он был больше 11 градусов). При более точном моделировании выясняется, что дипольная ось смещена относительно центра Земли в направлении северо-западной части Тихого океана примерно на 540 км (это эксцентрический диполь). Есть и другие определения.

Но это еще не все. Земное магнитное поле реально не обладает дипольной симметрией и потому имеет множественные полюса, причем в огромном количестве. Если считать Землю магнитным четырехполюсником, квадруполем, придется ввести еще два полюса — в Малайзии и в южной части Атлантического океана. Октупольная модель задает восьмерку полюсов и т. д. Современные наиболее продвинутые модели земного магнетизма оперируют аж 168 полюсами. Стоит отметить, что в ходе инверсии временно исчезает лишь дипольная компонента геомагнитного поля, а прочие изменяются много слабее.

Магнитный полюс, как его ни определяй, не стоит на месте. Северный полюс геоцентрического диполя в 2000 году имел координаты 79,5 N и 71,6 W, а в 2010-м — 80,0 N и 72,0 W. Истинный Северный полюс (тот, который выявляют физические замеры) с 2000 года сместился с 81,0 N и 109,7 W к 85,2 N и 127,1 W. В течение почти всего ХХ века он делал не более 10 км в год, но после 1980 года вдруг начал двигаться гораздо быстрее. В начале 1990-х годов его скорость превысила 15 км в год и продолжает расти.

Результат компьютерного моделирования инверсии геомагнитного поля в модели Робертса и Глатцмайера на промежутках в десятки и сотни тысяч лет.

Как рассказал «Популярной механике» бывший руководитель геомагнитной лаборатории канадской Службы геологических исследований Лоуренс Ньюитт, сейчас истинный полюс мигрирует на северо-запад, перемещаясь ежегодно на 50 км. Если вектор его движения не изменится в течение нескольких десятилетий, то к середине XXI столетия он окажется в Сибири. Согласно реконструкции, выполненной несколько лет назад тем же Ньюиттом, в XVII и XVIII веках северный магнитный полюс преимущественно смещался на юго-восток и лишь примерно в 1860 году повернул на северо-запад. Истинный южный магнитный полюс последние 300 лет движется в эту же сторону, причем его среднегодичное смещение не превышает 10−15 км.

Железное динамо

Откуда вообще у Земли магнитное поле? Одно из возможных объяснений просто бросается в глаза. Земля обладает внутренним твердым железо-никелевым ядром, радиус которого составляет 1220 км. Поскольку эти металлы ферромагнитны, почему бы не предположить, что внутреннее ядро имеет статическую намагниченность, которая и обеспечивает существование геомагнитного поля? Мультиполярность земного магнетизма можно списать на несимметричность распределения магнитных доменов внутри ядра. Миграцию полюсов и инверсии геомагнитного поля объяснить сложнее, но, наверное, попытаться можно.

Однако из этого ничего не получается. Все ферромагнетики остаются таковыми (то есть сохраняют самопроизвольную намагниченность) лишь ниже определенной температуры — точки Кюри. Для железа она равна 768 °C (у никеля много ниже), а температура внутреннего ядра Земли значительно превышает 5000 градусов. Поэтому с гипотезой статического геомагнетизма приходится расстаться. Однако не исключено, что в космосе имеются остывшие планеты с ферромагнитными ядрами.

Рассмотрим другую возможность. Наша планета также обладает жидким внешним ядром толщиной приблизительно в 2300 км. Оно состоит из расплава железа и никеля с примесью более легких элементов (серы, углерода, кислорода и, возможно, радиоактивного калия — в точности не знает никто). Температура нижней части внешнего ядра почти совпадает с температурой внутреннего ядра, а в верхней зоне на границе с мантией понижается до 4400 °C. Поэтому вполне естественно предположить, что благодаря вращению Земли там формируются круговые течения, которые могут оказаться причиной возникновения земного магнетизма.

Именно такую схему ученые-геофизики обсуждали лет 80 назад. Они считали, что потоки проводящей жидкости внешнего ядра за счет своей кинетической энергии порождают электрические токи, охватывающие земную ось. Эти токи генерируют магнитное поле преимущественно дипольного типа, силовые линии которого на поверхности Земли вытянуты вдоль меридианов (такое поле называется полоидальным). Этот механизм вызывает ассоциацию с работой динамо-машины, отсюда и произошло его название.

Описанная схема красива и наглядна, но, к сожалению, ошибочна. Она основана на предположении, что движение вещества внешнего ядра симметрично относительно земной оси. Однако в 1933 году английский математик Томас Каулинг доказал теорему, согласно которой никакие осесимметричные потоки не способны обеспечить существование долговременного геомагнитного поля. Даже если оно и появится, то век его окажется недолог, в десятки тысяч раз меньше возраста нашей планеты. Нужна модель посложнее.

Вся сила в конвекции

«Мы не знаем точно, когда возник земной магнетизм, однако это могло произойти вскоре после формирования мантии и внешнего ядра, — говорит один из крупнейших специалистов по планетарному магнетизму, профессор Калифорнийского технологического института Дэвид Стивенсон. — Для включения геодинамо требуется внешнее затравочное поле, причем не обязательно мощное. Эту роль, к примеру, могло взять на себя магнитное поле Солнца или поля токов, порожденных в ядре за счет термоэлектрического эффекта. В конечном счете это не слишком важно, источников магнетизма хватало. При наличии такого поля и кругового движения потоков проводящей жидкости запуск внутрипланетной динамомашины становился просто неизбежным».

Полярное сияние порождается взаимодействием атмосферы и заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, которое в приполярных областях перпендикулярно поверхности.

Вот общепринятое объяснение такого запуска. Пусть для простоты затравочное поле почти параллельно оси вращения Земли (на самом деле достаточно, если оно имеет ненулевую компоненту в этом направлении, что практически неизбежно). Скорость вращения вещества внешнего ядра убывает по мере уменьшения глубины, причем из-за его высокой электропроводности силовые линии магнитного поля движутся вместе с ним — как говорят физики, поле «вморожено» в среду. Поэтому силовые линии затравочного поля будут изгибаться, уходя вперед на больших глубинах и отставая на меньших. В конце концов они вытянутся и деформируются настолько, что дадут начало тороидальному полю, круговым магнитным петлям, охватывающим земную ось и направленным в противоположные стороны в северном и южном полушариях. Этот механизм называется w-эффектом.

По словам профессора Стивенсона, очень важно понимать, что тороидальное поле внешнего ядра возникло благодаря полоидальному затравочному полю и, в свою очередь, породило новое полоидальное поле, наблюдаемое у земной поверхности: «Оба типа полей планетарного геодинамо взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга».

Магнитная защита

Мониторинг земного магнетизма производят с помощью обширной сети геомагнитных обсерваторий, создание которой началось еще в 1830-х годах. Для этих же целей используют корабельные, авиационные и космические приборы (к примеру, скалярный и векторный магнитометры датского спутника «Эрстед», работающие с 1999 года). Напряженность геомагнитного поля варьирует приблизительно от 20000 нанотесла вблизи побережья Бразилии до 65000 нанотесла в районе Южного магнитного полюса. С 1800 года его дипольная компонента сократилась почти на 13% (а с середины 16 века — на 20%), в то время как квадрупольная несколько возросла. Палеомагнитные исследования показывают, что в течение нескольких тысячелетий перед началом нашей эры напряженность геомагнитного поля упорно лезла вверх, а потом начала снижаться. Тем не менее, нынешний планетарный дипольный момент значительно превышает свое среднее значение за последние полтораста миллионов лет (в 2010 году были опубликованы результаты палеомагнитных измерений, свидетельствующие, что три с половиной миллиарда лет назад земное магнитное поле было вдвое слабее нынешнего). Это означает, что вся история человеческих обществ от возникновения первых государств до нашего времени пришлась на локальный максимум земного магнитного поля. Интересно задуматься над тем, повлияло ли это на прогресс цивилизации. Такое предположение перестает казаться фантастическим, если учесть, что магнитное поле защищает биосферу от космического излучения. И вот еще одно обстоятельство, которое стоит отметить. В юности и даже в отрочестве нашей планеты все вещество ее ядра пребывало в жидкой фазе. Твердое внутреннее ядро сформировалось сравнительно недавно, возможно, всего лишь миллиард лет назад. Когда это произошло, конвекционные потоки стали более упорядоченными, что привело к более устойчивой работе геодинамо. Из-за этого геомагнитное поле выиграло в величине и стабильности. Можно предпложить, что это обстоятельство благоприятно сказалось на эволюции живых организмов. В частности, усиление геомагнетизма улучшило защиту биосферы от космических излучений и тем самым облегчило выход жизни из океана на сушу.

Непредсказуемый магнетизм

15 лет назад Гэри Глатцмайер вместе с Полом Робертсом опубликовал очень красивую компьютерную модель геомагнитного поля: «В принципе для объяснения геомагнетизма давно имелся адекватный математический аппарат — уравнения магнитной гидродинамики плюс уравнения, описывающие силу тяготения и тепловые потоки внутри земного ядра. Модели, основанные на этих уравнениях, в первозданном виде очень сложны, однако их можно упростить и адаптировать для компьютерных вычислений. Именно это и проделали мы с Робертсом. Прогон на суперкомпьютере позволил построить самосогласованное описание долговременной эволюции скорости, температуры и давления потоков вещества внешнего ядра и связанной с ними эволюции магнитных полей. Мы также выяснили, что если проигрывать симуляцию на временных промежутках порядка десятков и сотен тысяч лет, то с неизбежностью возникают инверсии геомагнитного поля. Так что в этом отношении наша модель неплохо передает магнитную историю планеты. Однако есть затруднение, которое пока еще не удалось устранить. Параметры вещества внешнего ядра, которые закладывают в подобные модели, все еще слишком далеки от реальных условий. Например, нам пришлось принять, что его вязкость очень велика, иначе не хватит ресурсов самых мощных суперкомпьютеров. На самом деле это не так, есть все основания полагать, что она почти совпадает с вязкостью воды. Наши нынешние модели бессильны учесть и турбулентность, которая несомненно имеет место. Но компьютеры с каждым годом набирают силу, и лет через десять появятся гораздо более реалистичные симуляции».

«Работа геодинамо неизбежно связана с хаотическими изменениями потоков железо-никелевого расплава, которые оборачиваются флуктуациями магнитных полей, — добавляет профессор Стивенсон. — Инверсии земного магнетизма — это просто сильнейшие из возможных флуктуаций. Поскольку они стохастичны по своей природе, вряд ли их можно предсказывать заранее — во всяком случае мы этого не умеем».