آهنرباها و خواص مغناطیسی ماده سخنرانی: مغناطیس زمین و معنای آن مغناطیس زمین و ویژگی های آن

مطالبی از دانشنامه

زمین دارای خواصی است که باعث می شود سیاره خود را به عنوان آهنربایی با دو قطب (شمال و جنوب) در نظر بگیریم. یک میدان مغناطیسی در اطراف زمین وجود دارد. بخش اصلی آن توسط منابع واقع در داخل زمین ایجاد می شود. قطب مغناطیسی جنوب در نیمکره شمالی در شبه جزیره بوثیا، در شمال کانادا، و در شمال - در نیمکره جنوبی در قطب جنوب، در نصف النهار حدودا واقع شده است. تاسمانی.

میدان مغناطیسی به وضوح در اثر روی سوزن مغناطیسی قطب نما آشکار می شود. از یک قطب مغناطیسی به قطب دیگر خطوط نیرو وجود دارد که در سراسر جهان می چرخند. صفحاتی که خطوط مغناطیسی در آنها قرار دارند نصف النهارهای مغناطیسی را تشکیل می دهند.

جهت سوزن قطب نما به قطب مغناطیسی (نصف النهار مغناطیسی) سطح زمین با جهت نصف النهار جغرافیایی منطبق نیست. بین آنها زاویه ای تشکیل می شود که به آن میل مغناطیسی می گویند. هر نقطه روی سطح زمین زاویه انحراف خاص خود را دارد. هنگامی که سوزن مغناطیسی به سمت شرق منحرف می شود، انحراف شرق (مثبت) با انحراف به سمت غرب-غرب (منفی) در نظر گرفته می شود. با دانستن انحراف سوزن مغناطیسی در یک مکان معین، می توان به راحتی جهت نصف النهار واقعی (جغرافیایی) را تعیین کرد. و اگر عرض جغرافیایی نیز مشخص باشد، مختصات جغرافیایی یا موقعیت نقطه مشخص می شود. از آنجایی که قطب های مغناطیسی در داخل زمین قرار دارند، سوزن مغناطیسی افقی نیست، بلکه به سمت افق متمایل است. زاویه این تمایل یعنی زاویه بین جهت خطوط میدان مغناطیسی و صفحه افقی را میل مغناطیسی می گویند. هرچه به قطب های مغناطیسی نزدیک می شوید، زاویه شیب بیشتر می شود. در قطب مغناطیسی، سوزن مغناطیسی حالت عمودی به خود می گیرد و شیب مغناطیسی در قطب ها به 90 درجه می رسد. در نزدیکی استوای مغناطیسی برابر با صفر است.

در برخی از مناطق زمین، مقادیر مشخص کننده میدان مغناطیسی به شدت با مقادیر متوسط ​​متفاوت است. به این مکان ها که سوزن قطب نما انحراف غیرعادی را نشان می دهد، ناهنجاری مغناطیسی می گویند. بیشتر آنها به دلیل وجود سنگ های حاوی سنگ آهن است. تعدادی از ناهنجاری های مغناطیسی در قلمرو اتحاد جماهیر شوروی شناخته شده است: کورسک، کریوی روگ و غیره.

گاهی اوقات می توانید نوسانات اشتباه سوزن مغناطیسی را مشاهده کنید. چنین انحرافات سریعی از موقعیت طبیعی آن در اثر طوفان های مغناطیسی مرتبط با نفوذ ذرات باردار الکتریکی منتشر شده توسط خورشید به جو زمین با سرعت بالا ایجاد می شود. این تقویت میدان مغناطیسی و بر روی فلش عمل می کند. نتیجه طوفان های مغناطیسی شفق های قطبی است (به پدیده های نوری و الکتریکی اتمسفر مراجعه کنید). میدان مغناطیسی زمین تا ارتفاع 60000 کیلومتری از سطح زمین گسترش می یابد. فضایی که با میدان مغناطیسی پر شده است، مگنتوسفر زمین نامیده می شود. این کره ذرات باردار الکتریکی که از خورشید پرواز می کنند را می گیرد که کمربند تشعشعی زمین را تشکیل می دهند.

مغناطیس زمینی (ژئومغناطیس)، میدان مغناطیسی زمین و فضای بیرونی نزدیک به زمین؛ شاخه‌ای از ژئوفیزیک که میدان مغناطیسی زمین و پدیده‌های مرتبط با آن (مغناطیس سنگ، جریان‌های تلوریک، شفق‌های قطبی، جریان‌های یونوسفر زمین و مگنتوسفر) را مطالعه می‌کند.

تاریخچه مطالعه میدان مغناطیسی زمین. وجود مغناطیس از زمان های قدیم شناخته شده است. اعتقاد بر این است که اولین قطب نما در چین ظاهر شد (تاریخ ظهور قابل بحث است). در پایان قرن پانزدهم، در طول سفر H. Columbus، مشخص شد که انحراف مغناطیسی برای نقاط مختلف سطح زمین متفاوت است. این کشف سرآغاز توسعه علم مغناطیس زمینی بود. در سال 1581، كاوشگر انگليسي R. Norman پيشنهاد كرد كه سوزن قطب نما توسط نيروهايي كه منبع آنها در زير سطح زمين است به روشي خاص چرخانده شود. گام مهم بعدی ظهور در سال 1600 کتاب W. Gilbert "درباره آهنربا، اجسام مغناطیسی و آهنربای بزرگ - زمین" بود، جایی که ایده ای در مورد علل مغناطیس زمینی ارائه شد. در سال 1785، توسعه روشی برای اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی، بر اساس روش گشتاور پیشنهاد شده توسط S. Coulomb آغاز شد. در سال 1839، K. Gauss به طور نظری روشی را برای اندازه گیری مولفه افقی بردار میدان مغناطیسی سیاره اثبات کرد. در آغاز قرن بیستم، رابطه بین میدان مغناطیسی زمین و ساختار آن مشخص شد.

در نتیجه مشاهدات، مشخص شد که مغناطش کره زمین کم و بیش یکنواخت است و محور مغناطیسی زمین نزدیک به محور چرخش آن است. علیرغم حجم نسبتاً زیاد داده های تجربی و مطالعات نظری متعدد، مسئله منشأ مغناطیس زمینی در نهایت حل نشده است. با آغاز قرن بیست و یکم، خواص مشاهده شده میدان مغناطیسی زمین با مکانیسم فیزیکی دینام هیدرومغناطیسی مرتبط شد (به هیدرودینامیک مغناطیسی مراجعه کنید)، که بر اساس آن، میدان مغناطیسی اولیه که از فضای بین سیاره ای به هسته زمین نفوذ کرد. می تواند در نتیجه حرکت ماده در هسته مایع سیاره تقویت و ضعیف شود. برای تقویت میدان کافی است که عدم تقارن خاصی از چنین حرکتی وجود داشته باشد. فرآیند تقویت تا زمانی ادامه می یابد که رشد تلفات برای گرم کردن محیط، که به دلیل افزایش قدرت جریان ها رخ می دهد، هجوم انرژی حاصل از حرکت هیدرودینامیکی آن را متعادل کند. اثر مشابهی هنگام تولید یک جریان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی در یک دینام خود تحریک‌شده مشاهده می‌شود.

شدت میدان مغناطیسی زمین.مشخصه هر میدان مغناطیسی بردار قدرت آن H است - مقداری که به محیط بستگی ندارد و از نظر عددی برابر با القای مغناطیسی در خلاء است. میدان مغناطیسی خود زمین (میدان ژئومغناطیسی) مجموع میدان هایی است که توسط منابع مختلف ایجاد می شود. به طور کلی پذیرفته شده است که میدان مغناطیسی H T در سطح سیاره شامل: میدان ایجاد شده توسط مغناطش یکنواخت کره زمین (میدان دوقطبی، H 0) است. زمینه مرتبط با ناهمگونی لایه های عمیق کره زمین (حوزه ناهنجاری های جهان، H a)؛ میدان ناشی از مغناطش بخش های بالایی پوسته زمین (H به)؛ میدان ناشی از علل خارجی (H B)؛ میدان تغییرات (δH)، همچنین با منابع واقع در خارج از کره زمین مرتبط است: H T = H o + H c + H a + H c + δH. مجموع میدان های H 0 + H k میدان مغناطیسی اصلی زمین را تشکیل می دهد. سهم آن در میدان مشاهده شده در سطح سیاره بیش از 95٪ است. میدان غیرعادی H a (سهم Ha به Ht حدود 4٪ است) به یک میدان با ویژگی منطقه ای (ناهنجاری منطقه ای) که در مناطق وسیعی پخش می شود و یک میدان با ویژگی محلی (ناهنجاری محلی) تقسیم می شود. . مجموع فیلدهای H 0 + H k + H و اغلب به آن میدان معمولی (H n) می گویند. از آنجایی که H در مقایسه با H o و H k کوچک است (حدود 1٪ از H t)، میدان طبیعی عملاً با میدان مغناطیسی اصلی منطبق است. میدان واقعی مشاهده شده (منهای میدان تغییرات δH) مجموع میدان های مغناطیسی طبیعی و غیرعادی است: Ht = Hn + Ha. وظیفه تقسیم میدان روی سطح زمین به این دو قسمت نامشخص است، زیرا تقسیم را می توان به روش های بی نهایت انجام داد. برای حل بدون ابهام این مشکل، اطلاعاتی در مورد منابع هر یک از اجزای میدان مغناطیسی زمین مورد نیاز است. در آغاز قرن بیست و یکم، مشخص شد که منابع میدان مغناطیسی غیرعادی، سنگ های مغناطیسی هستند که در اعماق کوچکی در مقایسه با شعاع زمین قرار دارند. منبع میدان مغناطیسی اصلی در عمق بیش از نیمی از شعاع زمین قرار دارد. داده های تجربی متعدد ساخت یک مدل ریاضی از میدان مغناطیسی زمین را بر اساس مطالعه رسمی ساختار آن ممکن می سازد.

عناصر مغناطیس زمینیبرای تجزیه بردار H t به اجزاء، معمولاً از یک سیستم مختصات مستطیلی با مبدا در نقطه اندازه گیری میدان O استفاده می شود (شکل). در این سیستم، محور Ox در جهت نصف النهار جغرافیایی به سمت شمال، محور Oy در جهت موازی به شرق، محور Oz از بالا به پایین به سمت مرکز کره هدایت می شود. . برآمدگی H T بر روی محور Ox را جزء شمالی میدان، برآمدگی بر روی محور Oy را مولفه شرقی، برآمدگی در محور Oz را مولفه عمودی می نامند. آنها به ترتیب با X، Y، Z نشان داده می شوند. طرح ریزی H t بر روی صفحه xy با H نشان داده می شود و جزء افقی میدان نامیده می شود. صفحه عمودی که از بردار H t و محور Oz می گذرد، صفحه نصف النهار مغناطیسی نامیده می شود و زاویه بین نصف النهار جغرافیایی و مغناطیسی را میل مغناطیسی می نامند که با D نشان داده می شود. اگر بردار H از جهت منحرف شود. از محور Ox به سمت شرق، شیب مثبت (میل شرقی) و اگر به سمت غرب منفی (انحراف غربی) خواهد بود. زاویه بین بردارهای H و H t در صفحه نصف النهار مغناطیسی، میل مغناطیسی نامیده می شود و با I نشان داده می شود. شیب I زمانی مثبت است که بردار H t از سطح زمین به سمت پایین هدایت شود، که در سطح زمین اتفاق می افتد. نیمکره شمالی زمین و زمانی که H t به سمت بالا یعنی در نیمکره جنوبی هدایت شود منفی است. مولفه های میل، شیب، افقی، عمودی، شمالی، شرقی را عناصر مغناطیس زمینی می نامند که می توان آنها را مختصات انتهای بردار H t در سیستم های مختصات مختلف (مستطیل، استوانه و کروی) در نظر گرفت.

هیچ یک از عناصر مغناطیس زمینی در زمان ثابت نمی ماند: اندازه آنها از ساعتی به ساعت دیگر و از سالی به سال دیگر متفاوت است. چنین تغییراتی تغییرات عناصر مغناطیس زمینی نامیده می شود (به تغییرات مغناطیسی مراجعه کنید). تغییراتی که در یک دوره زمانی کوتاه (حدود یک روز) رخ می دهد دوره ای هستند. دوره ها، دامنه ها و مراحل آنها بسیار متنوع است. تغییرات در مقادیر متوسط ​​سالانه عناصر یکنواخت است. تناوب آنها فقط در مدت زمان بسیار طولانی مشاهدات (از مرتبه دهها و صدها سال) آشکار می شود. تغییرات آهسته القای مغناطیسی سکولار نامیده می شود. ارزش آنها حدود 10 -8 تن در سال است. تغییرات سکولار عناصر مربوط به منابع میدان است که در داخل کره زمین قرار دارند و به دلایلی مشابه خود میدان مغناطیسی زمین ایجاد می شوند. تغییرات سریع ماهیت دوره ای به دلیل جریان های الکتریکی در محیط نزدیک به زمین است (به یونوسفر، مگنتوسفر مراجعه کنید) و از نظر دامنه بسیار متفاوت است.

مطالعات مدرن میدان مغناطیسی زمین.در آغاز قرن بیست و یکم، مرسوم است که دلایل زیر را که باعث مغناطیس زمینی می شوند، مشخص کنیم. منبع میدان مغناطیسی اصلی و تغییرات سکولار آن در هسته سیاره قرار دارد. میدان غیرعادی به دلیل ترکیبی از منابع در لایه بالایی نازک به نام پوسته فعال مغناطیسی زمین است. میدان خارجی با منابعی در فضای نزدیک به زمین مرتبط است. میدان منشأ خارجی میدان الکترومغناطیسی متناوب زمین نامیده می شود، زیرا نه تنها مغناطیسی، بلکه الکتریکی نیز هست. میدان های اصلی و غیرعادی اغلب با اصطلاح مشروط مشترک "میدان ژئومغناطیسی دائمی" ترکیب می شوند.

روش اصلی برای مطالعه میدان ژئومغناطیسی، مشاهده مستقیم توزیع فضایی میدان مغناطیسی و تغییرات آن در سطح زمین و در فضای نزدیک به زمین است. مشاهدات به اندازه گیری عناصر مغناطیس زمینی در نقاط مختلف فضا خلاصه می شود و به آن پیمایش مغناطیسی می گویند. بسته به محل فیلمبرداری، آنها به زمین، دریا (هیدرومغناطیس)، هوا (هوا مغناطیسی) و ماهواره تقسیم می شوند. بسته به اندازه قلمرو تحت پوشش نظرسنجی ها، نظرسنجی های جهانی، منطقه ای و محلی متمایز می شوند. با توجه به عناصر اندازه گیری شده، پیمایش ها به مدولار (T-surveys که در آن مدول بردار میدان اندازه گیری می شود) و جزء (فقط یک یا چند جزء از این بردار اندازه گیری می شود) تقسیم می شوند.

میدان مغناطیسی زمین تحت تأثیر جریان پلاسمای خورشیدی - باد خورشیدی است. در نتیجه برهمکنش باد خورشیدی با میدان مغناطیسی زمین، مرز بیرونی میدان مغناطیسی نزدیک زمین (مگنتوپاوز) تشکیل می شود که مگنتوسفر زمین را محدود می کند. شکل مگنتوسفر تحت تأثیر باد خورشیدی دائماً در حال تغییر است که بخشی از انرژی آن به داخل آن نفوذ می کند و به سیستم های فعلی که در فضای نزدیک به زمین وجود دارد منتقل می شود. تغییرات میدان مغناطیسی زمین در طول زمان، ناشی از عملکرد این سیستم‌های فعلی، تغییرات ژئومغناطیسی نامیده می‌شوند و هم از نظر مدت زمان و هم از نظر محلی متفاوت هستند. انواع مختلفی از تغییرات زمانی وجود دارد که هر کدام مورفولوژی خاص خود را دارند. تحت تأثیر باد خورشیدی، میدان مغناطیسی زمین منحرف می‌شود و یک "دم" در جهت خورشید به دست می‌آورد که صدها هزار کیلومتر امتداد دارد و از مدار ماه فراتر می‌رود.

گشتاور مغناطیسی دوقطبی زمین در حدود 8·10 22·m 2 است و دائماً در حال کاهش است. میانگین القای میدان ژئومغناطیسی در سطح سیاره حدود 5·10 -5 T است. میدان مغناطیسی اصلی زمین (در فاصله کمتر از سه شعاع زمین از مرکز آن) از نظر شکل نزدیک به میدان یک دوقطبی مغناطیسی معادل است که مرکز آن نسبت به مرکز زمین جابجا شده است. حدود 500 کیلومتر در جهت نقطه ای با مختصات 18 درجه عرض شمالی و 147.8 درجه طول شرقی. محور این دوقطبی 11.5 درجه به محور چرخش زمین متمایل است. در همین زاویه، قطب های ژئومغناطیسی از قطب های جغرافیایی مربوطه جدا می شوند. در همان زمان، قطب ژئومغناطیسی جنوبی در نیمکره شمالی قرار دارد.

مشاهدات در مقیاس بزرگ از تغییرات عناصر مغناطیس زمینی در رصدخانه های مغناطیسی که یک شبکه جهانی را تشکیل می دهند انجام می شود. تغییرات میدان ژئومغناطیسی توسط ابزارهای ویژه ثبت می شود، داده های اندازه گیری پردازش و به مراکز جمع آوری داده های جهان ارسال می شود. برای نمایش بصری تصویر توزیع فضایی عناصر مغناطیس زمینی، نقشه های کانتور ساخته می شوند، یعنی منحنی هایی که نقاط اتصال روی نقشه را با مقادیر یکسان یکی از عناصر مغناطیس زمینی ایجاد می کنند (نقشه ها را ببینید). . منحنی‌های اتصال دهنده انحرافات مغناطیسی یکسان را ایزوگون، منحنی‌های تمایلات مغناطیسی یکسان را ایزوکلاین، اجزای افقی یا عمودی یکسان، شمالی یا شرقی بردار Ht را ایزودینامیک اجزای مربوطه می‌گویند. خطوط تغییرات میدان مساوی معمولاً ایزوپور نامیده می شوند. خطوط با مقادیر میدان مساوی (در نقشه های میدان غیرعادی) - ایزوآنومالی.

نتایج مطالعات مربوط به مغناطیس زمین برای مطالعه زمین و فضای نزدیک به زمین استفاده می شود. اندازه گیری شدت و جهت مغناطش سنگ ها، قضاوت در مورد تغییر میدان ژئومغناطیسی را در طول زمان ممکن می کند، که به عنوان اطلاعات کلیدی برای تعیین سن آنها و توسعه نظریه صفحات لیتوسفر عمل می کند. داده های مربوط به تغییرات ژئومغناطیسی در اکتشافات مغناطیسی برای مواد معدنی استفاده می شود. در فضای نزدیک به زمین، در فاصله هزار کیلومتری یا بیشتر از سطح زمین، میدان مغناطیسی آن پرتوهای کیهانی را منحرف می کند و از تمام حیات روی این سیاره در برابر تشعشعات سخت محافظت می کند.

متن: Yanovsky B. M. مغناطیس زمینی. L., 1978; Kalinin Yu. D. تغییرات ژئومغناطیسی سکولار. Novosib., 1984; Kolesova VI روشهای تحلیلی نقشه برداری مغناطیسی. م.، 1985; پارکینسون دبلیو. مقدمه ای بر ژئومغناطیس. م.، 1986.

در ادامه مبحث قبلی مغناطیس ستارگان می خواهم در مورد سیاره ای چیزی بگویم. شاخه خاصی از ژئوفیزیک که به مطالعه منشأ و ماهیت میدان مغناطیسی زمین می پردازد، ژئومغناطیس نام دارد. او منشا میدان مغناطیسی سیارات را اینگونه توضیح می دهد:
"میدان مغناطیسی اولیه در نتیجه حرکات (معمولاً همرفتی یا متلاطم) ماده رسانای الکتریکی در هسته مایع سیاره یا در پلاسمای ستاره تقویت می شود.".
این به اصطلاح " دینام مغناطیسیهمانطور که از تعریف می بینید، ما دوباره در مورد نوعی میدان مغناطیسی اولیه عرفانی صحبت می کنیم که عامل ایجاد الکترومغناطیس است. اما در هیچ کجا صحبتی در مورد اینکه این میدان اولیه از کجا آمده است وجود ندارد. و این توضیح در نظر گرفته شده است. صحیح ترین

عجیب است، زیرا مقاله در مورد دینام مغناطیسی مستقیماً می گوید: در شرایط واقعی، دینام مغناطیسی به دست نیامده است". برای ایجاد آن، شرایط و تاسیسات بسیار پیچیده ای مورد نیاز است. پس چنین نصبی از کجا می تواند از داخل خورشید و سیارات آمده باشد؟ علاوه بر این، تقریباً همه سیارات به یک درجه یا دیگری دارای مغناطیس هستند، به این معنی که هیچ چیز ماوراء طبیعی در منشا آن وجود ندارد. و شرایط وقوع آن باید بسیار ساده باشد.

سپس بیایید به تک تک سیاره ها نگاه کنیم:
"در کاهش گشتاور مغناطیسی دوقطبی، مشتری و زحل در رتبه اول و پس از آن زمین، عطارد و مریخ قرار دارند و در رابطه با گشتاور مغناطیسی زمین، مقدار گشتاورهای آنها 20000، 500، 1، 3/5000، 3/10000 است.".

اولین چیزی که جلب توجه می کند عدم حضور زهره در لیست است. زهره و زمین دارای اندازه، چگالی متوسط ​​و حتی ساختار داخلی مشابهی هستند، با این حال، زمین دارای میدان مغناطیسی نسبتاً قوی است، در حالی که زهره اینطور نیست. فرضیات مدرن در مورد میدان مغناطیسی ضعیف زهره این است که هیچ جریان همرفتی در هسته احتمالاً آهنی زهره وجود ندارد. اما چرا؟ اگر ساختار مشابه زمین باشد و دما بالاتر باشد، هسته نیز باید مایع و با جریان های یکسان باشد.
علاوه بر این، معلوم شد که میدان مغناطیسی عطارد 2 برابر بیشتر از میدان مغناطیسی مریخ است، اگرچه بسیار کوچکتر و در عین حال تقریباً 2000 برابر ضعیفتر از زمین است. معلوم شد که نه دما و نه اندازه سیاره مهم است. شاید تفاوتی در هسته ها وجود داشته باشد؟
زمین، مریخ، زهره و عطارد سیارات سنگی با هسته فلزی هستند. اعتقاد بر این است که هسته مریخ می توانست سرد و جامد شده باشد. هیچ آتشفشانی روی آن وجود ندارد، همرفتی وجود ندارد و بنابراین میدان مغناطیسی ضعیف شده است. با این حال، به دلایلی در تمام این مدت مغناطیس زدایی نشده است. در مورد زهره، برعکس است. اینجا هم دما دارید و هم آتشفشان، اما میدانی وجود ندارد.
میدان های مغناطیسی اورانوس و نپتون، بر خلاف سایر سیارات منظومه شمسی، دوقطبی نیستند، بلکه چهار قطبی هستند، یعنی. آنها 2 قطب شمال و 2 قطب جنوب دارند. این به هیچ وجه در هیچ نظریه همرفتی نمی گنجد.
در عین حال، اعتقاد بر این است که سیارات غول های گازی اصلاً هسته فلزی ندارند. پس میدان مغناطیسی از کجا می آید؟ و نسبت ها باز هم هیچ جوابی نمی دهند. مشتری و زحل تقریباً به یک اندازه و ترکیب هستند، اما میدان مغناطیسی آنها 40 برابر متفاوت است!
فاصله تا خورشید و تأثیر احتمالی آن نیز باید کنار گذاشته شود. پس چه چیزی باقی می ماند؟ و چیز زیادی باقی نمانده است. ما یک سرنخ مستقیم داریم - ارتباط بین توضیح مغناطیس ستاره ای و سیاره ای. ماهیت مشترک آنها و اگرچه این ماهیت هنوز روشن نیست و توضیح علمی دقیقی ندارد، کلیت فرآیندها بدون ابهام است.
ظاهراً هنوز باید به اشتباه بودن نظریه منشأ سیارات از غبار بپذیریم. چنین اشتراکی از فرآیندها می تواند نتیجه گیری من را تأیید کند که سیارات گسیل ستارگان هستند و اشتراکات زیادی با آنها دارند، یعنی در اعماق خود ذره ای از ستاره ای را حمل می کنند که آنها را به دنیا آورده است، که خود بخشی از سفیدچاله است. . چنین اختلافی در قدرت میدان مغناطیسی سیارات مشابه می تواند به دلیل تفاوت سنی آنها رخ دهد که من بارها در مورد آن نوشته ام. سیارات مختلف پس از پرتاب مقادیر متفاوتی از ماده ستاره‌ای نسوخته دریافت کردند، جایی که قبلاً مصرف شد و بنابراین میدان مغناطیسی ضعیف شد، اما در جایی هنوز نه. یک هسته فلزی سرد شده مغناطش خود را به همان سرعتی از دست می دهد که یک هسته مایع که یک ذره ستاره در آن دیگر نمی سوزد. هیچ دینام مغناطیسی وجود ندارد - بسیار دشوار است که یک پدیده طبیعی باشید و مغناطیس بدون شارژ مجدد به سرعت ناپدید می شود.

من احساس می کنم که به زودی علم با یک انقلاب بزرگ در درک فرآیندهای تکاملی سیارات و ستارگان روبرو خواهد شد. زندگی خواهد کرد.

میدان‌های مختلفی در اطراف زمین وجود دارد که مهم‌ترین تأثیر بر GO، گرانشی و مغناطیسی است.

میدان گرانشروی زمین، میدان گرانش است. گرانش نیروی حاصل بین نیروی گرانش و نیروی گریز از مرکز ایجاد شده در اثر چرخش زمین است. نیروی گریز از مرکز در استوا به حداکثر خود می رسد، اما حتی در اینجا نیز کوچک است و به 1/288 نیروی گرانش می رسد. نیروی گرانش روی زمین عمدتاً به نیروی جاذبه بستگی دارد که تحت تأثیر توزیع جرم ها در داخل زمین و روی سطح است. نیروی گرانش در همه جای زمین عمل می کند و در امتداد یک خط شاقول به سطح ژئوئید هدایت می شود. شدت میدان گرانشی به طور یکنواخت از قطب ها به استوا کاهش می یابد (نیروی گریز از مرکز در استوا بیشتر است)، از سطح به سمت بالا (در ارتفاع 36000 کیلومتری صفر است) و از سطح به سمت پایین (در مرکز استوا) کاهش می یابد. زمین، گرانش صفر است).

میدان گرانشی معمولیزمین به گونه ای نامیده می شود که اگر زمین به شکل یک بیضوی با توزیع یکنواخت جرم ها باشد، به آن می گویند. شدت میدان واقعی در یک نقطه خاص با میدان معمولی متفاوت است و یک ناهنجاری در میدان گرانشی ایجاد می‌شود. ناهنجاری ها می توانند مثبت و منفی باشند: رشته کوه ها جرم اضافی ایجاد می کنند و باید ناهنجاری های مثبت، فرورفتگی های اقیانوسی، برعکس، منفی ایجاد کنند. اما در واقع پوسته زمین در تعادل ایزواستاتیک قرار دارد.

ایزوستازی(از یونانی isostasios - برابر وزن) - متعادل کردن پوسته جامد و نسبتاً سبک زمین با گوشته بالایی سنگین تر. تئوری تعادل در سال 1855 توسط دانشمند انگلیسی G.B. هوادار. به دلیل ایزوستازی، بیش از حد جرم ها بالاتر از سطح تئوری تعادل مربوط به کمبود آنها در زیر است. این در این واقعیت بیان می شود که در عمق معینی (100-150 کیلومتر) در لایه استنوسفر، ماده به مکان هایی که در آن کمبود جرم روی سطح وجود دارد جریان می یابد. فقط در زیر کوه های جوان، جایی که جبران هنوز به طور کامل انجام نشده است، ناهنجاری های مثبت ضعیف مشاهده می شود. با این حال، تعادل به طور مداوم به هم می‌خورد: رسوبات در اقیانوس‌ها رسوب می‌کنند و زیر وزن آن‌ها کف اقیانوس‌ها فرو می‌افتد. از طرفی کوه ها ویران می شوند، ارتفاع آنها کم می شود، یعنی جرم آنها نیز کم می شود.

میدان گرانشی زمین به دلیل ماهیت آن بسیار مهم است:

1. گرانش شکل زمین را ایجاد می کند، یکی از نیروهای درون زا پیشرو است. به لطف آن، بارش جوی می ریزد، رودخانه ها جریان می یابند، افق های آب زیرزمینی تشکیل می شود و فرآیندهای شیب مشاهده می شود. فشار توده‌های ماده، که در فرآیند تمایز گرانشی در گوشته پایین تحقق می‌یابد، همراه با فروپاشی رادیواکتیو، انرژی حرارتی تولید می‌کند - منبع فرآیندهای داخلی (درون‌زا) که لیتوسفر را بازسازی می‌کند.

2. گرانش زمین، مواد درونی زمین را متراکم کرد و بدون توجه به ترکیب شیمیایی آن، یک هسته متراکم را تشکیل داد.

3. نیروی گرانش پوسته های گاز و آب سیاره را نگه می دارد. فقط سبک ترین مولکول ها، هیدروژن و هلیوم، جو سیاره را ترک می کنند.

4. نیروی گرانش تمایل پوسته زمین به تعادل ایزواستاتیک را تعیین می کند. گرانش بیشترین ارتفاع کوه ها را به حساب می آورد. اعتقاد بر این است که در زمین ما هیچ کوهی بالاتر از 9 کیلومتر وجود ندارد.

5. استنوسفر - لایه ای که در اثر گرما نرم می شود و امکان حرکت لیتوسفر را فراهم می کند - نیز تابعی از گرانش است، زیرا ذوب ماده در نسبت مطلوبی از مقدار گرما و مقدار فشرده سازی - فشار رخ می دهد.

6. شکل کروی میدان گرانشی دو نوع اصلی از شکل زمین را در سطح زمین تعیین می کند - مخروطی و مسطح، که مربوط به دو شکل جهانی تقارن - مخروطی و دو طرفه است.

7. جهت گرانش به سمت پایین، به سمت مرکز زمین، به حیوانات کمک می کند تا وضعیت عمودی خود را حفظ کنند.

رژیم حرارتی لایه سطحی پوسته زمین (به طور متوسط ​​تا 30 متر) دارای دمایی است که توسط گرمای خورشیدی تعیین می شود. آی تی لایه هلیومتریتجربه نوسانات دمایی فصلی در زیر یک افق حتی نازک تر از دمای ثابت (حدود 20 متر)، مربوط به میانگین دمای سالانه محل مشاهده است. در زیر لایه ثابت، دما با عمق افزایش می یابد لایه زمین گرمایی. برای تعیین کمیت این افزایش در دو مفهوم متقابل. تغییر درجه حرارت با رفتن به عمق 100 متری زمین نامیده می شود گرادیان زمین گرمایی(از 0.1 تا 0.01 0 C/m متغیر است و به ترکیب سنگ ها، شرایط وقوع آنها بستگی دارد) و فاصله در امتداد خط شاقول که برای افزایش دمای 1 0 باید عمیق تر شود، نامیده میشود مرحله زمین گرمایی(از 10 تا 100 متر / 0 درجه سانتیگراد است).

مغناطیس زمینی- خاصیت زمین که وجود میدان مغناطیسی در اطراف آن را مشخص می کند که ناشی از فرآیندهایی است که در مرز هسته و گوشته رخ می دهد. برای اولین بار، بشریت به لطف کارهای W. Gilbert آموخت که زمین یک آهنربا است.

مگنتوسفر- منطقه ای از فضای نزدیک به زمین پر از ذرات باردار در حال حرکت در میدان مغناطیسی زمین. توسط مگنتوپوز از فضای بین سیاره ای جدا می شود. این مرز بیرونی مگنتوسفر است.

تشکیل میدان مغناطیسی بر اساس علل داخلی و خارجی است. یک میدان مغناطیسی ثابت به دلیل جریان های الکتریکی که در هسته بیرونی سیاره ایجاد می شود، تشکیل می شود. جریان های هسته ای خورشیدی یک میدان مغناطیسی متغیر زمین را تشکیل می دهند. یک نمایش بصری از وضعیت میدان مغناطیسی زمین توسط نقشه های مغناطیسی ارائه می شود. نقشه های مغناطیسی برای یک دوره پنج ساله - دوره مغناطیسی - ترسیم می شوند.

اگر زمین یک توپ مغناطیسی یکنواخت بود، میدان مغناطیسی معمولی داشت. زمین در تقریب اول یک دوقطبی مغناطیسی است - میله ای است که انتهای آن دارای قطب های مغناطیسی مخالف است. محل تلاقی محور مغناطیسی دوقطبی با سطح زمین نامیده می شود قطب های ژئومغناطیسی. قطب های ژئومغناطیسی با قطب های جغرافیایی منطبق نیستند و با سرعت 7-8 کیلومتر در سال به آرامی حرکت می کنند. انحراف میدان مغناطیسی واقعی از نرمال (به لحاظ نظری محاسبه شده) ناهنجاری مغناطیسی نامیده می شود. آنها می توانند جهانی (بیضی سیبری شرقی)، منطقه ای (KMA) و محلی باشند که با وقوع نزدیک سنگ های مغناطیسی به سطح مرتبط هستند.

میدان مغناطیسی با سه کمیت مشخص می شود: میل مغناطیسی، تمایل مغناطیسی و شدت. انحراف مغناطیسی- زاویه بین نصف النهار جغرافیایی و جهت سوزن مغناطیسی. اگر انتهای شمالی سوزن قطب نما به سمت شرق جغرافیایی منحرف شود، انحراف شرقی (+) و زمانی که سوزن به سمت غرب منحرف شود، غرب (-) است. تمایل مغناطیسی- زاویه بین صفحه افقی و جهت سوزن مغناطیسی معلق در محور افقی. شیب زمانی که انتهای شمالی فلش به سمت پایین باشد مثبت و زمانی که انتهای شمالی به سمت بالا باشد منفی است. شیب مغناطیسی از 0 تا 90 0 متغیر است. قدرت میدان مغناطیسی مشخص می شود تنششدت میدان مغناطیسی در استوا 20-28 A / m کوچک است، در قطب - 48-56 A / m.

مگنتوسفر به شکل قطره اشک است. در سمت رو به خورشید، شعاع آن برابر با 10 شعاع زمین است، در سمت شب تحت تأثیر "باد خورشیدی" به 100 شعاع افزایش می یابد. این شکل به دلیل تأثیر باد خورشیدی است که با برخورد به مگنتوسفر زمین، در اطراف آن جریان دارد. ذرات باردار که به مگنتوسفر می رسند، شروع به حرکت در امتداد خطوط میدان مغناطیسی می کنند و شکل می گیرند کمربندهای تشعشعیکمربند تشعشعی داخلی از پروتون تشکیل شده و حداکثر غلظت آن در ارتفاع 3500 کیلومتری از خط استوا است. کمربند بیرونی توسط الکترون ها تشکیل شده و تا 10 شعاع امتداد دارد. در قطب های مغناطیسی، ارتفاع کمربندهای تشعشعی کاهش می یابد، در اینجا مناطقی بوجود می آیند که در آنها ذرات باردار به جو حمله می کنند، گازهای اتمسفر را یونیزه می کنند و باعث ایجاد شفق های قطبی می شوند.

اهمیت جغرافیایی مگنتوسفر بسیار زیاد است: از زمین در برابر تشعشعات خورشیدی و کیهانی محافظت می کند. جستجوی مواد معدنی با ناهنجاری های مغناطیسی همراه است. خطوط مغناطیسی نیرو به گردشگران و کشتی ها کمک می کند تا در فضا حرکت کنند.

در قرن نوزدهم، دانشمندی از انگلستان به نام شوستر می خواست بفهمد و توضیح دهد که مغناطیس زمین از چه چیزی تشکیل شده است. او فرض کرد که این به دلیل چرخش آن حول محور خود ایجاد شده است. در روسیه، فیزیکدان P. Lebedev توجه زیادی به این موضوع داشت. طبق نظریه او، به دلیل تأثیر نیروهای گریز از مرکز، الکترون های اتم ها به سمت سیاره ما جابه جا می شوند. به همین دلیل، سطح باید لزوماً دارای بار منفی باشد و این به نوبه خود منجر به ظهور مغناطیس به عنوان چنین می شود.

اما معلوم شد که این نظریه نادرست است. پس از انجام آزمایشات با چرخش چرخ با سرعت فوق العاده، هیچ مغناطیسی در آن یافت نشد. محقق گلبرت ادعا کرد که سیاره ما کاملاً از سنگ ساخته شده است که ماهیت مغناطیسی دارد. همچنین دیدگاه هایی وجود داشت که ادعا می کردند زمین به دلیل خورشید مغناطیسی شده است. با این حال، همه این تئوری ها پس از انجام مطالعات مربوطه، عدم پایایی کامل خود را نشان داده اند.

نظریه میدان مغناطیسی زمین

بسیاری از محققان تصور می کردند که این سیاره دارای یک هسته مایع است که باعث مغناطیس می شود و این دیدگاه هنوز در علم وجود دارد. محقق بلکت در اواسط قرن بیستم پیشنهاد کرد که میدان مغناطیسی سیارات ناشی از قوانینی است که هنوز برای علم ناشناخته است.

او نظریه ای را توسعه داد که به روشن شدن بسیاری از نکات در ماهیت مغناطیس کمک کرد. پس از آن بود که دانشمندان موفق شدند دقیقاً تعیین کنند که سیاره ما، خورشید، و همچنین ستاره تحت کد E78 چه سرعت چرخشی و چه میدان های مغناطیسی دارند.

همانطور که از فیزیک مشخص است، برای مثال، میدان های مغناطیسی زمین و خورشید مانند تکانه زاویه ای آنها به هم مرتبط هستند. دانشمندان پیشنهاد کرده اند که بین چرخش اجرام آسمانی و مغناطیس آنها ارتباط وجود دارد. سپس محققان این نظر را داشتند که چرخش اجسام منجر به پیدایش مغناطیس می شود.

با وجود آزمایش‌های دانشمندان آن زمان، آنها نتوانستند دقیقاً به این سؤال پاسخ دهند و بسیاری از آزمایش‌های علمی که سعی در توضیح ماهیت مغناطیس داشتند، فقط سؤالات بیشتری را اضافه کردند. در نهایت، تنها پس از توسعه فیزیک و نجوم، محققان شروع به درک بهتر ماهیت این پدیده مرموز کردند. با این حال، سوالات همچنان باقی بود.

این سوال پیش می آید که آیا چرخش سیاره ما منجر به اختلال در میدان مغناطیسی می شود یا مغناطیس به چرخش سیاره منجر می شود؟ شاید سیاره ما همیشه حول محور خود می‌چرخد، زیرا یک آهنربای غول‌پیکر در جریانی از ذرات بسیار باردار است.

مغناطیس و هسته سیاره

به لطف دانش جدید در زمینه فیزیک، امکان اثبات ارتباط آشکار بین هسته سیاره و مغناطیس وجود داشت. تحقیقات دانشمندان نشان داده است که مثلاً ماهواره ما، ماه، میدان مغناطیسی خاص خود را ندارد و به لطف اندازه‌گیری‌های فضاپیما، می‌توان مطمئن شد که این میدان را ندارد. داده های عجیبی توسط دانشمندان هنگام مطالعه جریان های سیاره در قطب شمال و قطب جنوب کشف شد. مشخص شد که فعالیت بسیار بالایی از جریان های الکتریکی وجود دارد که چندین برابر شدت آنها در عرض های جغرافیایی معمولی است. این نشان می دهد که الکترون ها در مقادیر زیادی از طریق مناطق قطب های مغناطیسی که در کلاهک های قطبی قرار دارند وارد سیاره می شوند.

هنگامی که فعالیت خورشید به شدت افزایش می یابد، جریان الکتریکی سیاره ما افزایش می یابد. در حال حاضر، دانشمندان بر این باورند که جریان های الکتریکی در این سیاره به دلیل جریان جرم هسته زمین و هجوم مداوم الکترون ها از فضای بیرونی ایجاد می شود. مطمئناً تحقیقات جدید برای روشن شدن ماهیت مغناطیس زمین ادامه خواهد داشت و ما همچنان حقایق جالب زیادی در مورد این پدیده خواهیم آموخت.