Isi kandungan:

Earth Shield: Di Mana Planet Kita Mempunyai Medan Magnet?
Earth Shield: Di Mana Planet Kita Mempunyai Medan Magnet?

Video: Earth Shield: Di Mana Planet Kita Mempunyai Medan Magnet?

Video: Earth Shield: Di Mana Planet Kita Mempunyai Medan Magnet?
Video: DARIMANA MEDAN MAGNETIK DAN GRAVITASI BUMI BERASAL 2024, Mac
Anonim

Medan magnet melindungi permukaan bumi daripada angin suria dan sinaran kosmik yang berbahaya. Ia berfungsi sebagai sejenis perisai - tanpa kewujudannya, atmosfera akan musnah. Kami akan memberitahu anda bagaimana medan magnet Bumi terbentuk dan berubah.

Struktur dan ciri-ciri medan magnet bumi

Medan magnet bumi, atau medan geomagnet, ialah medan magnet yang dihasilkan oleh sumber intra-daratan. Subjek kajian geomagnetisme. Muncul 4, 2 bilion tahun yang lalu.

Medan magnet bumi sendiri (medan geomagnet) boleh dibahagikan kepada bahagian utama berikut:

  • medan utama,
  • bidang anomali dunia,
  • medan magnet luar.

Medan utama

Lebih daripada 90% daripadanya terdiri daripada medan, sumbernya berada di dalam Bumi, dalam teras luar cecair - bahagian ini dipanggil medan utama, utama atau biasa.

Ia dianggarkan dalam bentuk siri dalam harmonik - siri Gaussian, dan dalam anggaran pertama berhampiran permukaan Bumi (sehingga tiga jejarinya) ia hampir dengan medan dipol magnet, iaitu, ia kelihatan seperti bumi. ialah magnet jalur dengan paksi diarahkan lebih kurang dari utara ke selatan.

Bidang anomali dunia

Garis daya sebenar medan magnet Bumi, walaupun secara purata hampir dengan garisan daya dipol, berbeza daripadanya oleh penyelewengan tempatan yang berkaitan dengan kehadiran batu magnet di kerak yang terletak berhampiran dengan permukaan.

Oleh kerana itu, di beberapa tempat di permukaan bumi, parameter medan sangat berbeza daripada nilai di kawasan berdekatan, membentuk anomali magnetik yang dipanggil. Mereka boleh bertindih antara satu sama lain jika badan bermagnet yang menyebabkannya terletak pada kedalaman yang berbeza.

Medan magnet luar

Ia ditentukan oleh sumber dalam bentuk sistem semasa yang terletak di luar permukaan bumi, di atmosferanya. Di bahagian atas atmosfera (100 km dan ke atas) - ionosfera - molekulnya mengion, membentuk plasma sejuk yang padat yang naik lebih tinggi, oleh itu, sebahagian daripada magnetosfera Bumi di atas ionosfera, memanjang ke jarak sehingga tiga. daripada jejarinya, dipanggil plasmasfera.

Plasma dipegang oleh medan magnet Bumi, tetapi keadaannya ditentukan oleh interaksinya dengan angin suria - aliran plasma korona suria.

Oleh itu, pada jarak yang lebih jauh dari permukaan Bumi, medan magnet adalah tidak simetri, kerana ia diputarbelitkan di bawah tindakan angin suria: dari Matahari ia mengecut, dan ke arah dari Matahari ia memperoleh "jejak" yang memanjang. untuk ratusan ribu kilometer, melangkaui orbit Bulan.

Bentuk "ekor" yang aneh ini timbul apabila plasma angin suria dan aliran korpuskular suria seolah-olah mengalir mengelilingi magnetosfera bumi - kawasan ruang dekat bumi, masih dikawal oleh medan magnet Bumi, dan bukan Matahari dan lain-lain. sumber antara planet.

Ia dipisahkan dari ruang antara planet oleh magnetopause, di mana tekanan dinamik angin suria diimbangi oleh tekanan medan magnetnya sendiri.

Parameter medan

Perwakilan visual kedudukan garis aruhan magnet medan Bumi disediakan oleh jarum magnetik, ditetapkan sedemikian rupa sehingga ia boleh berputar dengan bebas di sekeliling menegak dan di sekitar paksi mendatar (contohnya, dalam gimbal), - pada setiap titik berhampiran permukaan Bumi, ia dipasang dengan cara tertentu di sepanjang garisan ini.

Oleh kerana kutub magnet dan geografi tidak bertepatan, jarum magnet hanya menunjukkan arah utara-selatan anggaran.

Satah menegak di mana jarum magnet dipasang dipanggil satah meridian magnet di tempat tertentu, dan garis di mana satah ini bersilang dengan permukaan Bumi dipanggil meridian magnet.

Oleh itu, meridian magnetik ialah unjuran garis-garis daya medan magnet Bumi ke permukaannya, menumpu di kutub magnet utara dan selatan. Sudut antara arah meridian magnet dan geografi dipanggil deklinasi magnet.

Ia boleh menjadi barat (selalunya ditunjukkan dengan tanda "-") atau timur (tanda "+"), bergantung pada sama ada kutub utara jarum magnet menyimpang dari satah menegak meridian geografi ke barat atau timur.

Selanjutnya, garisan medan magnet Bumi, secara amnya, tidak selari dengan permukaannya. Ini bermakna aruhan magnet medan Bumi tidak terletak pada satah ufuk tempat tertentu, tetapi membentuk sudut tertentu dengan satah ini - ia dipanggil kecenderungan magnet. Ia hampir kepada sifar hanya pada titik khatulistiwa magnetik - lilitan bulatan besar dalam satah yang berserenjang dengan paksi magnet.

Gambar
Gambar

Keputusan pemodelan berangka medan magnet Bumi: di sebelah kiri - normal, di sebelah kanan - semasa penyongsangan

Sifat medan magnet bumi

Buat pertama kalinya, J. Larmor cuba menjelaskan kewujudan medan magnet Bumi dan Matahari pada tahun 1919, mencadangkan konsep dinamo, mengikut mana penyelenggaraan medan magnet badan angkasa berlaku di bawah tindakan itu. pergerakan hidrodinamik medium pengalir elektrik.

Walau bagaimanapun, pada tahun 1934, T. Cowling membuktikan teorem tentang kemustahilan untuk mengekalkan medan magnet axisymmetric melalui mekanisme dinamo hidrodinamik.

Dan kerana kebanyakan benda angkasa yang dikaji (dan lebih-lebih lagi Bumi) dianggap simetri paksi, atas dasar ini adalah mungkin untuk membuat andaian bahawa medan mereka juga akan simetri paksi, dan kemudian penjanaannya mengikut prinsip ini. adalah mustahil mengikut teorem ini.

Malah Albert Einstein ragu-ragu tentang kebolehlaksanaan dinamo sedemikian memandangkan ketidakmungkinan kewujudan penyelesaian mudah (simetri). Hanya kemudiannya ditunjukkan bahawa tidak semua persamaan dengan simetri paksi yang menerangkan proses penjanaan medan magnet akan mempunyai penyelesaian simetri paksi, walaupun pada tahun 1950-an. penyelesaian asimetri telah dijumpai.

Sejak itu, teori dinamo telah berjaya dibangunkan, dan hari ini penjelasan yang paling diterima umum tentang asal usul medan magnet Bumi dan planet lain ialah mekanisme dinamo yang teruja sendiri berdasarkan penjanaan arus elektrik dalam konduktor. apabila ia bergerak dalam medan magnet yang dijana dan dikuatkan oleh arus ini sendiri.

Keadaan yang diperlukan dicipta di teras Bumi: dalam teras luar cecair, yang terdiri terutamanya daripada besi pada suhu kira-kira 4-6 ribu Kelvin, yang mengalirkan arus dengan sempurna, aliran perolakan dicipta yang menghilangkan haba dari teras dalaman pepejal (dihasilkan disebabkan oleh pereputan unsur radioaktif atau pembebasan haba pendam semasa pemejalan jirim di sempadan antara teras dalam dan luar apabila planet secara beransur-ansur menyejuk).

Daya Coriolis memutar arus ini menjadi lingkaran ciri yang membentuk apa yang dipanggil tiang Taylor. Oleh kerana geseran lapisan, mereka memperoleh cas elektrik, membentuk arus gelung. Oleh itu, sistem arus dicipta yang beredar di sepanjang litar konduktif dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet (pada mulanya hadir, walaupun sangat lemah), seperti dalam cakera Faraday.

Ia mewujudkan medan magnet, yang, dengan geometri aliran yang menggalakkan, meningkatkan medan awal, dan ini, seterusnya, meningkatkan arus, dan proses penguatan berterusan sehingga kehilangan haba Joule, meningkat dengan peningkatan arus, mengimbangi aliran masuk tenaga disebabkan oleh pergerakan hidrodinamik.

Adalah dicadangkan bahawa dinamo boleh teruja kerana daya precession atau pasang surut, iaitu, sumber tenaga adalah putaran Bumi, bagaimanapun, hipotesis yang paling meluas dan berkembang adalah bahawa ini adalah perolakan termokimia yang tepat.

Perubahan dalam medan magnet bumi

Penyongsangan medan magnet ialah perubahan arah medan magnet Bumi dalam sejarah geologi planet (ditentukan oleh kaedah paleomagnetik).

Dalam penyongsangan, utara magnet dan selatan magnet diterbalikkan dan jarum kompas mula menghala ke arah yang bertentangan. Penyongsangan adalah fenomena yang agak jarang berlaku yang tidak pernah berlaku semasa kewujudan Homo sapiens. Mungkin, kali terakhir ia berlaku kira-kira 780 ribu tahun yang lalu.

Pembalikan medan magnet berlaku pada selang masa dari puluhan ribu tahun kepada selang besar medan magnet yang tenang selama berpuluh juta tahun, apabila pembalikan tidak berlaku.

Oleh itu, tiada periodicity ditemui dalam pembalikan kutub, dan proses ini dianggap stokastik. Tempoh panjang medan magnet yang senyap boleh diikuti dengan tempoh berbilang pembalikan dengan tempoh berbeza dan sebaliknya. Kajian menunjukkan bahawa perubahan kutub magnet boleh bertahan dari beberapa ratus hingga beberapa ratus ribu tahun.

Pakar dari Universiti Johns Hopkins (AS) mencadangkan bahawa semasa pembalikan, magnetosfera Bumi menjadi lemah sehingga sinaran kosmik boleh sampai ke permukaan Bumi, jadi fenomena ini boleh membahayakan organisma hidup di planet ini, dan perubahan kutub seterusnya boleh menyebabkan lebih banyak lagi. akibat serius kepada manusia sehingga malapetaka global.

Kerja saintifik dalam beberapa tahun kebelakangan ini telah menunjukkan (termasuk dalam eksperimen) kemungkinan perubahan rawak ke arah medan magnet ("melompat") dalam dinamo gelora pegun. Menurut ketua makmal geomagnetisme di Institut Fizik Bumi, Vladimir Pavlov, penyongsangan adalah proses yang agak panjang mengikut piawaian manusia.

Ahli geofizik di Universiti Leeds Yon Mound dan Phil Livermore percaya bahawa dalam beberapa ribu tahun akan ada penyongsangan medan magnet Bumi.

Anjakan kutub magnet Bumi

Buat pertama kalinya, koordinat kutub magnet di Hemisfera Utara ditentukan pada tahun 1831, sekali lagi - pada tahun 1904, kemudian pada tahun 1948 dan 1962, 1973, 1984, 1994; di Hemisfera Selatan - pada tahun 1841, sekali lagi - pada tahun 1908. Anjakan kutub magnet telah direkodkan sejak 1885. Sepanjang 100 tahun yang lalu, kutub magnet di Hemisfera Selatan telah bergerak hampir 900 km dan memasuki Lautan Selatan.

Data terkini mengenai keadaan kutub magnet Artik (bergerak ke arah anomali magnet dunia Siberia Timur merentasi Lautan Artik) menunjukkan bahawa dari 1973 hingga 1984 jarak tempuhnya adalah 120 km, dari 1984 hingga 1994 - lebih daripada 150 km. Walaupun angka ini dikira, ia disahkan oleh pengukuran kutub magnet utara.

Selepas 1831, apabila kedudukan tiang dipasang buat kali pertama, menjelang 2019 tiang itu telah beralih lebih daripada 2,300 km ke arah Siberia dan terus bergerak dengan pecutan.

Kelajuan perjalanannya meningkat daripada 15 km setahun pada 2000 kepada 55 km setahun pada 2019. Hanyut pantas ini memerlukan pelarasan yang lebih kerap pada sistem navigasi yang menggunakan medan magnet Bumi, seperti kompas dalam telefon pintar atau sistem navigasi sandaran untuk kapal dan pesawat.

Kekuatan medan magnet bumi jatuh, dan tidak sekata. Sepanjang 22 tahun yang lalu, ia telah menurun sebanyak purata 1.7%, dan di beberapa wilayah, seperti Lautan Atlantik Selatan, sebanyak 10%. Di sesetengah tempat, kekuatan medan magnet, bertentangan dengan trend umum, malah meningkat.

Pecutan pergerakan kutub (secara purata 3 km / tahun) dan pergerakannya di sepanjang koridor penyongsangan kutub magnet (koridor ini memungkinkan untuk mendedahkan lebih daripada 400 paleoinversi) menunjukkan bahawa dalam pergerakan kutub ini satu seharusnya tidak melihat satu lawatan, tetapi satu lagi penyongsangan medan magnet Bumi.

Bagaimanakah medan magnet bumi terhasil?

Pakar di Institut Oseanografi Scripps dan Universiti California telah mencadangkan bahawa medan magnet planet terbentuk oleh mantel. Para saintis Amerika telah membangunkan hipotesis yang dicadangkan 13 tahun lalu oleh sekumpulan penyelidik dari Perancis.

Adalah diketahui bahawa untuk masa yang lama, para profesional berpendapat bahawa ia adalah teras luar Bumi yang menjana medan magnetnya. Tetapi kemudian pakar dari Perancis mencadangkan bahawa mantel planet itu sentiasa pepejal (dari saat kelahirannya).

Kesimpulan ini membuatkan saintis berfikir bahawa bukan teras yang boleh membentuk medan magnet, tetapi bahagian cecair mantel bawah. Komposisi mantel adalah bahan silikat yang dianggap sebagai pengalir yang lemah.

Tetapi oleh kerana mantel bawah perlu kekal cair selama berbilion tahun, pergerakan cecair di dalamnya tidak menghasilkan arus elektrik, dan sebenarnya ia hanya perlu untuk menjana medan magnet.

Para profesional hari ini percaya bahawa mantel boleh menjadi saluran yang lebih berkuasa daripada yang difikirkan sebelumnya. Kesimpulan pakar ini sepenuhnya membenarkan keadaan Bumi awal. Dinamo silikat hanya boleh dilakukan jika kekonduksian elektrik bahagian cecairnya jauh lebih tinggi dan mempunyai tekanan dan suhu rendah.

Disyorkan: