Реферативно-исследовательская работа

Магнитное поле планет солнечной системы

Выполнил:

Балюк Илья

Руководитель:

Левыкина Р.Х

Преподаватель физики

Магнитогорск 201 7 г

А ннотация.

Одной из специфических особенностей нашей планеты является её магнитное поле. Все живые существа Земли миллионы лет эволюционизировали именно в условиях магнитного поля и без него существовать не могут.

Данная работа дала возможность расширить круг моих знаний о природе магнитного поля, его свойствах, о планетах Солнечной системы, обладающих магнитными полями, о гипотезах и астрофизических теориях происхождения магнитных полей планет Солнечной системы.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..4

Раздел 1.Природа и особенности магнитного поля…………………………..6

1.1,Определение магнитного поля и его характеристики. …………………...

1.2.Графическое изображение магнитного поля……………………………

1.3.Физические свойства магнитных полей………………………………….

Раздел 2. Магнитное поле Земли и связанные с ним природные явления…. 9

Раздел 3. Гипотезы и астрофизические теории происхождения магнитного поля планет…………………………………………………………………………… 13

Раздел 4. Обзор планет Солнечной системы, обладающих магнитным

полем……………………………………………………………………………...16

Раздел 5. Роль магнитного поля в существовании и развитии

жизни на Земле………………………………………………………………….. 20

Заключение………………………………………………………………………. 22

Используемая литература………………………………………………………. 24

Приложение… ……………………………………………………………………. 25

Введение

Магнитное поле Земли является одним из необходимых условий существования жизни на нашей планете. Но геофизики (палеомагнитологи) установили, что на протяжении геологической истории нашей планеты магнитное поле неоднократно снижало свою напряжённость и даже изменяло знак (то есть северный и южный полюса менялись местами). Таких эпох изменения знака магнитного поля, или инверсий, ныне установлено несколько десятков, они отразились в магнитных свойствах магнитных пород. Нынешняя эпоха магнитного поля условно названа эпохой прямой полярности. Она длится уже примерно 700 тыс. лет. Тем не менее напряжённость поля медленно, но неуклонно снижается. Если этот процесс будет развиваться и в дальнейшем, то приблизительно через 2 тыс. лет напряжённость магнитного поля Земли упадёт к нулю, а потом, через определённое время «без магнитной эпохи», начнёт нарастать, но будет иметь противоположный знак. «Без магнитная эпоха» может восприниматься живыми организмами как катастрофа. Магнитное поле Земли является щитом, защищает жизнь на Земле от потока солнечных и космических частиц (электронов, протонов, ядер некоторых элементов). Двигаясь с огромными скоростями, такие частицы являются сильным ионизирующим фактором, который, как известно, влияет на живую ткань, и, в частности, на генетический аппарат организмов. Установлено, что земное магнитное поле отклоняет траектории космических ионизирующих частиц и «закручивает» их вокруг планеты.

Ученые выделили основные астрономические характеристики планет. К таким относят: Меркурий, Венера, Земля, Луна, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.

На наш взгляд одной из ведущих характеристик планет выступает магнитное поле

Актуальность нашего исследования заключается в уточнение особенностей магнитного поля ряда планет солнечной системы.

The New York Times .

расширению озоновых дыр, а северное сияние станет появляться над экватором.

Проблема исследования заключается в разрешении противоречия между необходимостью учета магнитного поля как одной из характеристик планет, и отсутствием учета данных, указывающих на соотношение магнитного поля Земли и других планет солнечной системы.

Цель систематизировать данные о магнитном поле планет солнечной системы.

Задачи.

1. Изучить современное состояние проблемы магнитного поля в научной литературе.

2. Уточнить ведущие физические характеристики магнитного поля планет.

3. Проанализировать гипотезы происхождения магнитного поля планет Солнечной системы, установить какие из них являются принятыми научным сообществом.

4 . Дополнить общепринятую таблицу “Основных астрономических характеристик планет” данными о магнитных полях планет.

Объект : основные астрономические характеристики планет.

Предмет : выявление особенностей Магнитного поля как одной из основных астрономических характеристик планет.

Методы исследования: анализ, синтез, обобщение, систематизация значений.

Раздел 1. Магнитное поле

1.1. Экспериментально установлено что проводники, по которым текут токи в одинаковом направлении притягиваются, а в противоположных - отталкиваются. Для описания взаимодействия проводов, по которым текут токи, было использовано магнитное поле - особой формы материя, порождаемая электрическими токами или переменным электрическим током и проявляющаяся по действию на электрические токи находящиеся в этом поле. Открыл магнитное поле в 1820 г. датский физик Х.К. Эрстед. Магнитное поле описывает магнитные взаимодействия, возникающие: а) между двумя токами; б) между током и движущимися зарядами; в) между двумя движущимися зарядами.

Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной.. Основную силовую характеристику магнитного поля назвали м агнитной индукцией. Эту величину принято обозначать буквой В.

Рис. 1

При включении концов провода к источнику постоянного тока стрелка “отвернулась” от провода. Несколько магнитных стрелок, расставленных вокруг провода, развернулись определенным образом.

В пространстве вокруг провода с током существует силовое поле . В пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле. (Рис.1)

Для характеристики магнитного поля тока ввели кроме индукции вспомогательную величину Н , названную напряженностью магнитного поля. Напряженность магнитного поля в отличие от магнитной индукции не зависит от магнитных свойств среды.

Рис. 2

Магнитные стрелки помещенные на одинаковом расстоянии от прямого проводника с током, расположились в виде окружности.

1.2 Линии индукции магнитного поля.

Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Линиями индукции (или линиями вектора В) называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор В в данной точке поля. Очевидно, что через каждую точку магнитного поля можно провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке данного поля может быть только единственным, а значит, линии индукции магнитного поля прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) индукции магнитного поля в данном месте. Поэтому, изображая линии индукции, можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция по модулю и направлению.

1.3. Вихревой характер магнитного поля.

Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле.

Рис. 3

Мелкие железные опилки расположились в виде окружностей, “опоясывающих” проводник. Если изменить полярность подключения источника тока то опилки развернутся на 180 градусов.

Рис. 4

Рис. 5

Для магнитного поля, как и для электрического поля, справедлив принцип суперпозиции : поле В, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей Вт, порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности: т.е., чтобы найти силу, действующую на точку в пространстве, нужно сложить силы, действующие на неё, как показано на рисунке 4.

М агнитное поле кругового тока представляет собой некую восьмёрку с разделением колец в центре кольца, по которому течёт ток. Его схема показана на рисунке ниже: (Рис 6)

Таким образом: магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами.

О сновные свойства магнитного поля:

1.

2.

М агнитное поле характеризуют:

а) б)

Графически магнитное поле изображают при помощи линий магнитной индукции

Раздел 2.Магнитное поле Земли и связанные с ним природные явления

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. Английский ученый Уильям Гильберт, придворный врач королевы Елизаветы, в 1600 г в первые показал, что Земля является магнитом, ось которого не совпадает с осью вращения Земли. Следовательно, вокруг Земли, как и около любого магнита, существует магнитное поле. В 1635 г Геллибранд обнаружил, что поле земного магнита медленно меняется, а Эдмонд Галлей провел первую в мире магнитную съемку океанов и создал первые мировые карты- (1702 г). В1835 г Гаусс провел сферический гармонический анализ магнитного поля Земли. Он создал первую в мире магнитную обсерваторию в Гёттингене.

2.1 Общая характеристика магнитного поля Земли

В любой точке пространства, окружающего Землю, и на её поверхности обнаруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве, окружающем Землю, создаётся магнитное поле. 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 0 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 0 к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Рис 8

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.(рис 8) 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. (рис 9)

Рис 9

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.

С оставляющие геомагнитного поля Земли.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на следующие три основные части.

О сновное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10-20, 60-100, 600-1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5-2 раза.

М ировые аномалии - отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до 10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

М агнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных - Курская магнитная аноматия.

П еременное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки намагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Следовательно: Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит.

В любой точке пространства, окружающего Землю и на ее поверхности, обнаруживается действе магнитных сил. Северный магнитный полюс N S . находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (действуют) на земной поверхности.

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 11,5 градусов к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Раздел 3. Гипотезы и астрофизические теории происхождения магнитного поля Земли

Гипотеза 1.

М еханизм гидромагнитного динамо

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты. При температуре вещества в несколько тысяч кельвин его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным - наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект - самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Гипотеза 2.

В ращающаяся гидросфера как возможный источник магнитного поля Земли.

Сторонники этой гипотезы предполагают, что проблема происхождения магнитного поля Земли, со всеми его вышеперечисленными особенностями, могла бы найти своё решение на основе единой модели, проясняющей, каким образом источник земного магнетизма связан с гидросферой. Об этой связи, считают они, свидетельствует множество фактов. Прежде всего, упоминавшийся выше "перекос" магнитной оси заключается в том, что она наклонена и смещена в сторону Тихого океана; при этом она расположена почти симметрично по отношению к акватории Мирового океана. Всё говорит о том, что сама морская вода, будучи в движении, порождает магнитное поле. Следует сказать о том, что эта концепция согласуется с данными палеомагнитных исследований, которые интерпретируются как свидетельства неоднократных переключений магнитных полюсов.

Уменьшение магнитного поля обусловлено деятельностью цивилизации которая приводит к глобальному закислению окружающей среды в основном через накопление в ней углекислого газа. Такая деятельность цивилизации, с учётом вышеизложенного, может оказаться для неё самоубийственной.

Гипотеза 3

З емля как двигатель постоянного тока с самовозбуждением

Солнце

Рис. 10Схема взаимодействия Солнце-Земля:

(-) - поток заряженных частиц;

1с - ток Солнца;

1з - круговой ток Земли;

Мв - момент вращения Земли;

со - угловая скорость Земли;

Фз - магниный поток, создаваемый полем Земли;

Фс - магнитный поток, создаваемый током солнечного ветра.

Относительно Земли солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц постоянного направления, а это не что иное, как электрический ток. Согласно определению направления тока он направлен в сторону, противоположную движению отрицательно заряженных частиц, т.е. от Земли к Солнцу.

Рассмотрим взаимодействие тока Солнца с возбужденным магнитным полем земли. В результате взаимодействия на Землю действует вращающий момент М 3 , направленный в сторону вращения Земли. Таким образом, Земля относительно солнечного ветра проявляет себя аналогично двигателю постоянного тока с самовозбуждением. Источником энергии (генератором) в данном случае является Солнце.

Токовый слой Земли, в значительной степени, определяет протекание электрических процессов в атмосфере (грозы, полярные сияния, огни «святого Эльма»). Замечено, что при извержении вулканов значительно активизируются электрические процессы в атмосфере.

Из выше сказанного следует: источник магнитного поля Земли до сих пор не установлен наукой, которая имеет дело лишь с изобилием гипотез, выдвинутых на этот счет.

Гипотеза, прежде всего, должна объяснять происхождение составляющей магнитного поля Земли, из-за планета ведёт себя как постоянный магнит с северным магнитным полюсом вблизи южного географического полюса и наоборот.

Сегодня почти общепринята гипотеза о вихревых электрических токах, текущих во внешней части Земного ядра, у которой обнаруживается некоторые свойства жидкости. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм “динамо” находится на расстоянии 2,25-0,3 радиуса Земли.

Раздел 4. Обзор планет Солнечной системы, обладающих магнитным полем

В настоящее время почти общепринята гипотеза о вихревых электрических токах, текущих во внешней части планетарного ядра, у которого обнаруживаются некоторые свойства жидкости.

Земля и восемь других планет вращаются вокруг Солнца. (Рис. 11) Оно - одна из 100 миллиардов звезд, входящих в нашу Галактику.

Рис.11 Планеты Солнечной системы

Рис.12 Меркурий

Высокая плотность Меркурия приводит к выводу о том, что планета имеет железоникелевое ядро. Мы не знаем, является ядро Меркурия плотным или представляет собой как у Земли, смесь плотного и жидкого вещества. Меркурий обладает весьма существенным магнитным полем, что позволяет предположить, что в нем остается тонкий слой расплавленного материала, возможно, соединения железо и серы, который окружает плотное ядро.

Течения внутри этого жидкого поверхностного слоя объясняют происхождение магнитного поля. Однако без воздействия стремительного вращения планеты движение жидкой части ядра было бы слишком незначительным, что бы объяснить подобную силу магнитного поля. Магнитное поле свидетельствует о том, что мы столкнулись с «остаточным» магнетизмом ядра, «замороженным» в ядре во время его затвердевания.

Венера

Плотность Венеры лишь немногим меньше плотности Земли. Из этого следует, что ее ядро занимает примерно 12% общего объёма планеты, а граница между ядром и мантией находится примерно на полпути от центра до поверхности. Венера не имеет магнитного поля, ну даже если часть ее ядра является жидкой, мы не должны были ожидать возникновения внутри ее магнитного поля, потому что она вращается слишком медленно для возникновения необходимых потоков

Рис.13 Земля

Сильное магнитное поле Земли возникает внутри жидкого внешнего ядра, плотность которого позволяет предположить, что оно состоит из расплавленной смеси железа и такого менее плотного элемента, как сера. Твёрдое внутреннее ядро состоит преимущественно из железа с включением нескольких процентов никеля.

Марс

Mariner 4 показал, что на Марсе нет сильного магнитного поля, а следовательно, ядро планеты не может быть жидким. Однако когда Mars Global Surveyor приблизился к планете на 120 км, оказалось, что некоторые области Марса обладают сильным остаточным магнетизмом, возможно, сохранившимся с более ранних времен, когда ядро планеты было жидким и могло генерировать мощное магнитное поле. Mariner 4 показал, что на Марсе нет сильного магнитного поля, а следовательно, ядро планеты не может быть жидким.

Рис.14 Юпитер

Ядро Юпитера должно быть небольшим но, скорее всего его масса в 10-20 раз превышает массу Земли. Состояние каменистых материалов в ядре Юпитера нам не известно. Скорее всего они должны быть расплавленными, но огромное давление может сделать его твёрдым.

Юпитер обладает самым мощным магнитным полем из всех планет Солнечной системы. Оно в 20000 тысяч превышает мощность магнитного поля Земли. Магнитное поле Юпитера наклонено относительно оси вращения планеты на 9,6 градусов и генерируется благодаря конвекции в толстом слое металлического водорода.

Рис.15 Сатурн

Внутреннее строение Сатурна сопоставимо с внутренним строением остальных гигантских планет. Сатурн обладает магнитным полем, мощность которого в 600 раз превышает мощность магнитного поля Земли. Это своеобразный вариант поля Юпитера. На Сатурне возникают такие же полярные сияния. Единственное их отличие от юпитерианских в том, что они в точности совпадают с осью вращения планеты. Подобно полю Юпитера, магнитное поле Сатурна генерируется процессами конвекции, протекающими внутри слоя металлического водорода.

Рис.16 Уран

Уран имеет почти такую же плотность что и Юпитер. Каменистое центральное ядро, вероятно, испытывает давление примерно 8 миллионов атмосфер, а температура его составляет 8000 0 . Уран обладает мощным магнитным полем, примерно в 50 раз превышающим магнитное поле Земли. Магнитное поле наклонено относительно оси вращения планеты под углом 59 0 , что позволяет определить скорость внутреннего вращения. Центр симметрии магнитного поля Урана расположен примерно на одной трети расстояние от центра планеты до его поверхности. Это говорит о том, что магнитное поле вырабатывается благодаря конвекционным потокам внутри ледяной части внутреннего строения планеты.

Рис.17 Нептун

Внутренняя структура очень сходна с Ураном. Магнитное поле Нептуна примерно в 25 раз превышает магнитное поле Земли и в 2 раза слабее магнитного поля Урана. Как и у него. Оно наклонено под углом 47 градусов к оси вращения планеты. Таким образом, можно сказать, что поле Нептуна возникло в результате конвекционных потоков в слои жидкого льда. В таком случае центр симметрии магнитного поля лежит довольно далеко от центра планеты, на полпути от центра к поверхности.

Плутон

У нас есть конкретной информации о внутреннем строении Плутона. Плотность говорит о том, что под ледяной мантией, скорее всего, скрывается каменистое ядро, в котором сосредоточено около 70% массы планеты. Вполне возможно, что внутри каменистого ядра ещё и железистое ядро.

Осознание того, что Плутон по своим свойствам совпадает со многими объектами пояса Койпера, привело многих ученых к мысли о том, что Плутон не должен считаться планетой, а классифицироваться как ещё один объект пояса Койпера. Международный астрономический союз положил конец этим спорам: на основе исторического прецедента в ближайшем будущем Плутон будет продолжать считаться планетой.

Таблица1-“Основные астрономические характеристики планет”.

Т аким образом мы пришли к выводу: такой критерий как магнитное поле выступает значимой астрономической характеристикой планет солнечной системы. Большинство планет Солнечной системы (Табл.1) в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000.

Раздел 5. Роль магнитного поля в существовании и развитие жизни на Земле

Магнитное поле Земли ослабевает и это создает серьезную угрозу всему живому на планете. По оценкам ученых, этот процесс начался примерно 150 лет назад и в последнее время ускорился. К настоящему моменту магнитное поле планеты ослабело уже, примерно, на 10-15%.

В ходе этого процесса, как считают ученые, магнитное поле планеты постепенно ослабеет, затем практически исчезнет, а потом возникнет вновь, но будет иметь противоположную полярность.

Стрелки компасов показывавшие ранее на Северный полюс, начнут показывать на Южный магнитный полюс, место которого займет Северный. Отметим, что речь идет именно о магнитных, а не о географических полюсах.

Магнитное поле играет очень большую роль в жизни Земли: оно, с одной стороны, защищает планету от потока заряженных частиц, летящих от Солнца и из глубин космоса, а с другой - служит как бы дорожным указателем для ежегодно мигрирующих живых существ. Что случится, если это поле исчезнет, точно предсказать не берется никто, отмечает The New York Times .

Можно предположить, что пока будет проходить смена полюсов многое и на небе, и на земле, пойдет вразнос. Смена полюсов может обернуться авариями на высоковольтных линиях, сбоями в работе спутников, проблемами для астронавтов. Смена полярности приведет к значительному расширению озоновых дыр, а северное сияние станет будет появляться над экватором.

С серьезными проблемами столкнуться животные, ориентирующиеся по "природным" компасам. Рыбы, птицы и звери потеряют ориентацию, и не будут знать, в какую сторону надо мигрировать.

Однако, по мнению некоторых специалистов, у братьев наших меньших может и не возникнуть подобных катастрофических проблем. Перемещение полюсов займет около тысячи лет. Специалисты считают, что животные, ориентирующиеся по магнитным силовым линиям Земли, успеют приспособиться и выживут.

Несмотря на то, что окончательная смена полюсов, скорее всего, произойдет через сотни лет, сам этот процесс уже наносит ущерб спутникам. Последний раз, как считается, подобный катаклизм произошел 780 тысяч лет назад.

Следовательно: в эпохи, когда Земля не имеет магнитного поля, у нее исчезает защитный антирадиационный щит. Значительно (в несколько раз) увеличение радиационного фона может значительно влиять на биосферу.

Заключение

Проблема изучения магнитного является крайне актуальной, поскольку. В эпохи, когда Земля не имеет магнитного поля, у нее исчезает защитный антирадиационный щит. Значительно (в несколько раз) увеличение радиационного фона может значительно влиять на биосферу: одни группы организмов должны вымирать, среди других может возрастать количество мутаций и т. п. А если принять во внимания Солнечные вспышки, т.е. колоссальные по мощности взрывы на Солнце, которые извергают чрезвычайно сильные потоки космических лучей, то следует сделать вывод, что эпохи исчезновения магнитного поля Земли, является эпохами катастрофического влияния на биосферу со стороны Космоса.

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

Основные свойства магнитного поля:

а) Магнитное поле порождается электрическим током (движущиеся заряды).

б) Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды),

Магнитное поле характеризуют:

а) Магнитная индукция В - основная силовая характеристика магнитного поля. б) Напряженность магнитного поля Н – вспомогательная величина.

Графически магнитное поле изображают при помощи линий магнитной индукции.

Наиболее изученным является магнитное поле Земли. В любой точке пространства, окружающего Землю и на ее поверхности, обнаруживается действе магнитных сил. Северный магнитный полюс N расположен Южном полушарии, вблизи берегов Антарктиды, а южный магнитный полюс S . находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (действуют) на земной поверхности. 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 11,5 градусов к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Источник магнитного поля Земли до сих пор не установлен наукой, которая имеет дело лишь с изобилием гипотез, выдвинутых на этот счет.Гипотеза, прежде всего, должна объяснять происхождение составляющей магнитного поля Земли, из-за которой планета ведёт себя как постоянный магнит с северным магнитным полюсом вблизи южного географического полюса и наоборот. Сегодня почти общепринята гипотеза о вихревых электрических токах, текущих во внешней части Земного ядра, у которой обнаруживается некоторые свойства жидкости. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм “динамо” находится на расстоянии 2,25-0,3 радиуса Земли. Следует заметить, что гипотезы, объясняющие механизм возникновения магнитного поля планет, довольно противоречивы и до настоящего времени не подтверждены

Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. Нами собраны из различных источников и систематизированы данные об особенностях различных планет солнечной системы. Этими данными мы дополнили общепринятую таблицу “Основных астрономических характеристик планет”. Мы считаем, что критерий “Магнитное поле” является одним из ведущих характеристик планет солнечной системы. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000, 3/10000..

6. Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:

1)систематизирован материал о Магнитном поле Земли и планет Солнечной системы;

2)Уточнены ведущие физические характеристики магнитного поля планет солнечной системы и дополнена таблица “ Основных астрономических характеристик планет ” с данными о магнитных полях Солнечной системы;

Кроме того, теоретическая значимость по теме “Магнитное поле планет солнечной системы” позволило расширить мои знания по физике и астрономии

Используемая литература

1 .Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. “Энергия”, М, 1968 – 50 с.

2. Дэвид Ротери Планеты, Фаир-Пресс”, М, 2005 г – 320с.

3 .Тамм И. Е. О токах в ионосфере, обусловливающих вариации земного магнитного поля. Собрание научных трудов, т. 1, “Наука”, М., 1975 – 100с.

4. Яновский Б. М. Земной магнетизм.“Издательство Ленинградского университета”. Ленинград, 1978 г. – 75с.

П риложение

Тезаурус

Г азовые гиганты- две крупнейшие гигантские планеты (Юпитер и Сатурн), обладающие более глубоким внешним газовым слоем, чем две другие гигантские планеты.

Г игантские планеты- четыре крупнейшие планеты, расположенные во внешней области Солнечной системы (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун),масса которых в десятки или сотни раз превышает массу Земли и которые не имеют твердой поверхности.

К ойпера пояс - область Солнечной системы, находящаяся за орбитой Нептуна на расстоянии 30-50.а.е. От Солнца, населенная небольшими ледяными объектами субпланетарного размера, называемыми (за исключением Плутона и его спутника Харона, являющихся крупнейшими телами этого региона) объектами пояса Койпера. Существование пояса Койпера теоретический предсказано Кеннетом Эджвортом(1943) и Эджворта-Копейра(или диск).Объекты, в нем находящиеся, называются объектами пояса Койпера или объектами Эджворта-Копейра.

К ора - внешний, химический отличный от других слой твердого планетарного тела. На планетах земного типа К.является каменистой и содержит большее количество элементов низкой плотности, чем нижележащая мантия. На ледяных спутниках или сходных с ними телах К.(там, где она есть) богаче солями и летучими льдами, чем нижележащая ледяная мантия.

Л ед - этот термин иногда используется для обозначения замерзшей воды, но может означать и другие летучие вещества в замерзшем состоянии (метан, аммиак, моноксид углерода, диоксид углерода и азот- либо по отдельности, либо в соединении).

М антия - композиционно отличная порода, лежащая за пределами ядра твердого планетарного тела. У планет земного типа М.каменистые, у ледяных спутников- ледяные. В некоторых случаях внешняя твердая порода химических слегка отличается от состава самой М. В таком случае она называется корой.

П ланета - один из крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца (или иной звезды).Девять тел (Меркурий, Венера, Плутон) называются П.нашей Солнечной системы. Точное определение дать невозможно, поскольку Плутон, по- видимому, является исключительно крупным объектом пояса Койпера (большинство подобных объектов слишком малы, чтобы их можно было считать П.) в то время как некоторые спутники П.по своему размеру, составу и другим характеристиками вполне можно было бы назвать П.

П ланеты земного типа - Земля и подобные ей небесные тела(обладающие железистым ядром и каменистой поверхностью).К таким планетам относятся Меркурий, Венера и Марс. К ним можно отнести также Луну и крупный спутник Юпитера-Ио.

П рецессия - медленное движение оси вращения Земли по круговому конусу с осью, угол 23-27градусов.

Период полного оборота составляет около 26 тысяч лет. Вследствие П. меняется положение небесного экватора; точки весеннего и осеннего равноденствия медному годовому движению Солнца на 50,24 секунды в год; плюс мира перемещается между звездами; экваториальные координаты звезд непрерывно изменяются.

П роградное движение - обращения или вращение, направленное против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса Солнца(или Земли). Если говорить о спутниках, орбитальное движение считается проградным, если оно совпадает с направлением вращения планеты. Большинство движений в Солнечной системе являются проградными.

Р етроградное движение-обращение или вращение, направленное по часовой стрелке, если смотреть с северного полюса Солнца(или Земли). Является противоположным проградному движению. Если говорить о спутниках, если оно противоположно направлению вращения планеты.

С олнечная система- Солнце и тела, гравитационно с ним связанные (то есть планеты, их спутники, астероиды, объекты пояса Койпера, кометы и т.п.).

Я дро - плотный внутренний регион планетарного тела, который по составу отличается от остальных частей планеты. Я. лежит ниже мантии. Я.планет земного типа богаты железом. Крупные ледяные спутники и гигантские планеты имеют каменистые Я., внутри которых могут быть и железистые Я.

Определение Магнитное поле - особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле - особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле: - является формой электромагнитного поля; - непрерывно в пространстве; - порождается движущимися зарядами; - обнаруживается по действию на движущиеся заряды. Магнитное поле: - является формой электромагнитного поля; - непрерывно в пространстве; - порождается движущимися зарядами; - обнаруживается по действию на движущиеся заряды.

Влияние магнитного поля Механизм действия магнитного поля достаточно хорошо изучен. Магнитное поле: - улучшает состояние сосудов, кровообращение - улучшает состояние сосудов, кровообращение - ликвидирует воспаление и боль, - ликвидирует воспаление и боль, - укрепляет мышцы, хрящи и кости, - укрепляет мышцы, хрящи и кости, - активизирует действие ферментов. - активизирует действие ферментов. Важная роль принадлежит восстановлению нормальной полярности клеток и активизации клеточных мембран.

Магнитное поле Земли МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ до расстояний = 3 R (R радиус Земли) соответствует приблизительно полю однородно намагниченного шара с напряженностью поля 55,7 А/м у магнитных полюсов Земли и 33,4 А/м на магнитном экваторе. На расстояниях > 3 R магнитное поле Земли имеет более сложное строение. Наблюдаются вековые, суточные и нерегулярные изменения (вариации) магнитного поля Земли, в т. ч. магнитные бури. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ до расстояний = 3 R (R радиус Земли) соответствует приблизительно полю однородно намагниченного шара с напряженностью поля 55,7 А/м у магнитных полюсов Земли и 33,4 А/м на магнитном экваторе. На расстояниях > 3 R магнитное поле Земли имеет более сложное строение. Наблюдаются вековые, суточные и нерегулярные изменения (вариации) магнитного поля Земли, в т. ч. магнитные бури. 3 R магнитное поле Земли имеет более сложное строение. Наблюдаются вековые, суточные и нерегулярные изменения (вариации) магнитного поля Земли, в т. ч. магнитные бури. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ до расстояний = 3 R (R радиус Земли) соответствует приблизительно полю однородно намагниченного шара с напряженностью поля 55,7 А/м у магнитных полюсов Земли и 33,4 А/м на магнитном экваторе. На расстояниях > 3 R магнитное поле Земли имеет более сложное строение. Наблюдаются вековые, суточные и нерегулярные изменения (вариации) магнитного поля Земли, в т. ч. магнитные бури.">

Существует ряд гипотез, объясняющих возникновение магнитного поля Земли. В последнее время получила развитие теория, связывающая возникновение магнитного поля Земли с протеканием токов в жидком металлическом ядре. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм «магнитное динамо» находится на расстоянии 0,25...0,3 радиуса Земли. Следует заметить, что гипотезы, объясняющие механизм возникновения магнитного поля планет, довольно противоречивы и до настоящего времени экспериментально не подтверждены.

Что касается магнитного поля Земли, то достоверно установлено, что оно чутко реагирует на солнечную активность. В то же время вспышка на Солнце не может оказать заметного влияния на ядро Земли. С другой стороны, если связывать возникновение магнитного поля планет с токовыми слоями в жидком ядре, то можно сделать заключение, что планеты солнечной системы, имеющие одинаковое направление вращения, должны иметь одинаковое направление магнитных полей. Так Юпитер, вращающийся вокруг своей оси в ту же сторону что и Земля, имеет магнитное поле направленное противоположно земному. Предлагается новая гипотеза о механизме возникновения магнитного поля Земли и установка для экспериментальной проверки.

Солнце, в результате ядерных реакций протекающих в нем, излучает в окружающее пространство огромное количество заряженных частиц больших энергий – так называемый солнечный ветер. По составу солнечный ветер содержит, главным образом, протоны, электроны, немного ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, железа. Частицы образующие солнечный ветер, обладающие массой и зарядом, увлекаются верхними слоями атмосферы в сторону вращения Земли. Таким образом, вокруг Земли образуется направленный поток электронов, движущихся в сторону вращения Земли. Электрон – это заряженная частица, а направленное движение заряженных частиц есть не что иное, как электрический ток.. В результате наличия тока возбуждается магнитное поле Земли ФЗ.

Серьезную угрозу всему живому на планете представляет продолжающийся процесс ослабевания магнитного поля Земли. Ученые установили, что этот процесс начался примерно 150 лет назад и в последнее время ускорился. Связано это с предстоящей сменой местами южного и северного магнитных полюсов нашей планеты. Ослабевать магнитное поле Земли будет постепенно и, в конце концов, исчезнет вовсе через лет. Затем оно возникнет вновь примерно через 800 тысяч лет, но будет иметь противоположную полярность. К каким последствиям для обитателей Земли может привести исчезновение магнитного поля, точно предсказать не берется никто. Оно не только защищает планету от потока заряженных частиц, летящих от Солнца и из глубин космоса, но и служит как бы дорожным указателем для ежегодно мигрирующих живых существ. В истории Земли подобный катаклизм, по данным ученых, уже имел место около 780 тысяч лет назад. Серьезную угрозу всему живому на планете представляет продолжающийся процесс ослабевания магнитного поля Земли. Ученые установили, что этот процесс начался примерно 150 лет назад и в последнее время ускорился. Связано это с предстоящей сменой местами южного и северного магнитных полюсов нашей планеты. Ослабевать магнитное поле Земли будет постепенно и, в конце концов, исчезнет вовсе через лет. Затем оно возникнет вновь примерно через 800 тысяч лет, но будет иметь противоположную полярность. К каким последствиям для обитателей Земли может привести исчезновение магнитного поля, точно предсказать не берется никто. Оно не только защищает планету от потока заряженных частиц, летящих от Солнца и из глубин космоса, но и служит как бы дорожным указателем для ежегодно мигрирующих живых существ. В истории Земли подобный катаклизм, по данным ученых, уже имел место около 780 тысяч лет назад.

Магнитосфера Земли Магнитосфера Земли защищает жителей планеты от солнечного ветра. Сейсмичность Земли увеличивается при прохождении максимума активности Солнца, и установлена связь сильных землетрясений с характеристиками солнечного ветра. Возможно, этими обстоятельства ми и объясняется серия катастрофических землетрясений, случившихся в Индии, Индонезии и Сальвадоре после наступления нового века.

Радиационный пояс Земли был открыт американскими и советскими учеными в годах. РПЗ - это области в атмосфере Земли с повышенной концентрацией заряженных частиц или набор вложенных друг в друга магнитных оболочек. Внутренний радиационный слой располагается на высоте от 2400км до 6000км, а внешний – от до км. Во внешнем поясе задерживается большинство электронов, а протоны, обладающие массой в 1836 раз больше, удерживаются только в более сильном внутреннем поясе.

В околоземном пространстве магнитное поле защищает Землю от попадания на неё частиц высоких энергий. Частицы с меньшими энергиями перемещаются по винтовым линиям (магнитным ловушкам) между полюсами Земли. В результате торможения заряженных частиц вблизи полюсов, а также их столкновений с молекулами атмосферного воздуха возникает электромагнитное излучение (радиация), наблюдаемая в виде полярных сияний.

Сатурн Магнитные поля планет - гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обуславливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет - гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Однако благодаря высокому содержанию водорода в их атмосферах, излучению ионизированного водорода в ультрафиолетовом диапазоне и малому альбедо планет - гигантов в ультрафиолете, с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп « Хаббл ») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет. Магнитные поля планет - гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обуславливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет - гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Однако благодаря высокому содержанию водорода в их атмосферах, излучению ионизированного водорода в ультрафиолетовом диапазоне и малому альбедо планет - гигантов в ультрафиолете, с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп « Хаббл ») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет. Марс

Северное сияние на Юпитере Особенностью Юпитера является влияние его спутников на полярные сияния: в областях «проекций» пучков силовых линий магнитного поля на авроральный овал Юпитера наблюдаются яркие области полярного сияния, возбуждённые токами, вызванными движением спутников в его магнитосфере и выбросом ионизированного материала спутниками последнее особенно сказывается в случае Ио с её вулканизмом.

Магнитное поле Меркурия Сила меркурианского поля составляет всего один процент от мощности магнитного поля Земли. По расчётам же специалистов, мощность магнитного поля Меркурия должна быть в тридцать раз больше наблюдаемой. Секрет кроется в структуре ядра Меркурия: Внешние слои ядра образованы стабильными слоями, изолированными от тепла внутреннего ядра. В результате, только во внутренней части ядра происходит эффективное смешивание материала, создающего магнитное поле. На мощность динамо также оказывает влияние медленное вращение планеты.

Переворот на Солнце В самом начале нового века наше светило Солнце поменяло направление своего магнитного поля на противоположное. В статье " Солнце произвело реверс ", опубликованной 15 февраля, отмечается, что его северный магнитный полюс, который был в Северном полушарии всего лишь несколько месяцев назад, теперь находится в Южном. В самом начале нового века наше светило Солнце поменяло направление своего магнитного поля на противоположное. В статье " Солнце произвело реверс ", опубликованной 15 февраля, отмечается, что его северный магнитный полюс, который был в Северном полушарии всего лишь несколько месяцев назад, теперь находится в Южном. Полный 22- летний магнитный цикл связан с 11- летним циклом солнечной активности, и переворот полюсов происходит во время прохождения его максимума. Магнитные полюса Солнца останутся теперь на новых местах до следующего перехода, который случается с регулярностью часового механизма. Геомагнитное поле также неоднократно изменяло свое направление, но последний раз такое случилось 740 тысяч лет назад.

В природе ведущую роль играю четыре силы:

• ядерная сила, удерживающая протоны и нейтроны в ядре атомов
• атомная сила, удерживающая вмести частицы и атомы
• сила тяжести.
• электромагнитная сила, электричество и магнетизм.

Однако, если с первыми тремя все ясно, значение магнетизма часто недооценивают. Просто потому, что мы не ощущаем магнетизм в обычной жизни, не чувствуем магнитные поля, да и самый мощный магнит не оказывает на нас никакого влияния. Иными словами, мы даже не задумываемся о нем.

А ведь на самом деле, магнетизм в нашей жизни играет огромную роль. Скажем, вы знали, что единственное, что мешает людям проходить через стены или проваливаться сквозь пол, это магнитное поле ? Скорее всего не знали. А почему так происходит?

Молекулы и атомы невероятно малы, а расстояние между атомами невероятно широко. Если бы мы уменьшились до размеров атомов, то обнаружили бы, что пространство вокруг нас будто бы состоит из сплошной пустоты.

Расстояние между электронами, которые вращаются вокруг протонов в ядре, также довольно велико. Для примера, представим себе «атомный вентилятор», где электроны – это лопасти, а ядро — центральная часть к которой прикреплены лопасти. Когда наш «вентилятор» не работает, между лопастями можно свободно просунуть что угодно, но стоит его включить, вращающие лопасти словно бы сольются в сплошной круг. Иными словами, пустота вдруг обретает плотность!

Происходит это потому что между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами возникает электромагнитное притяжение, и они начинают вращаться. А когда они вращаются также быстро, как лопасти вентилятора, атомы начинают всё от себя отталкивать. То есть мы видим ту же картину — за счет магнетизма «атомная пустота» вдруг обретает плотность, а масса атомов соединенных вместе, начинают вести себя как твердое тело. Поэтому нам и не удается пройти сквозь стену.

Иными словами плотность материи, её осязаемость, создают не сами атомы из которых эта материя состоит, а магнитное поле.

Можно представить себе силовые линии магнитного поля , как полосы движения на автомагистрали. Хотя они и лежат рядом, но никогда не пересекаются. Между ними как бы лежит дорожная разделительная полоса.

Эта аналогия позволяет объяснить некоторые процессы, происходящие на Солнце. Представьте себе шоссе, в котором есть центральная полоса для движения автомобилей сразу в двух направлениях. Если нет правил, которые регулируют движение по такой полосе, то все захотят поехать по этой полосе «в свою» сторону, начнется хаос и, обязательно случится грандиозная авария.

А теперь представьте, что это шоссе – на Солнце, а длина скопления автомобилей составляет 35 тыс. километров. Колоссальное количество горящего материала после такой «аварии» взлетит вверх и устремится прямо в космос. Это и есть выброс коронарной массы. Обычно выброс имеет гигантский размер, сосредотачивая в себе более 10 млрд. тонн солнечной плазмы. При этом, выброс коронарной массы это не «местное» явление, его размеры таковы, что он представляет серьезную угрозу даже для жителей Земли.

А ведь кроме коронарных выбросов, Солнце постоянно «балует» нас не только вспышками, но и постоянным излучением инфракрасных и рентгеновских лучей, иными словами, довольно странно, почему нашему «источнику жизни» до сих пор не удалось нас убить!

К нашему счастью, Земля весьма неплохо защищена от космических невзгод, причем природа её защиты также основана на принципах магнетизма. Сам земной шар представляет собой громадный магнит, за счет чего Земля окружена мощным магнитным полем , которое, как щитом защищает нас от «шалостей» Солнца.

Магнитосфера – гигантское магнитное поле, создаваемое вращающимся ядром планеты. Оно простирается на 70 тыс. км. вокруг планеты. Также как одно магнитное кольцо силовых линий отталкивает другое (то есть они никогда не пересекаются), так и магнитосфера Земли отталкивает магнитную плазму Солнца .

Обычно, миллиарды тонн раскаленной и заряженной плазмы поражают нашу планету, но, не долетев до нее, улетают прочь. Только крошечная часть магнитной бури просачивается сквозь небольшое открытое пространство полюсов, и мы можем любоваться полярным сиянием. Без магнитосферы Земли опасные радиоактивные частицы давно убили бы все формы жизни на ней. К счастью, к нам проходит только полезные солнечные волны – свет и тепло.

Может возникнуть вопрос: как наша магнитосфера защищает нас от выбросов коронарной массы, но пропускает солнечный свет. Все дело в том, что коронарные выбросы – это заряженные частицы, и магнитное поле «ловит» эти электрические заряды. У света электрического заряда нет, поэтому он проходит сквозь магнитное поле, как ни в чем не бывало.

Но откуда берутся мощные магнитные силы Земли? Ответ может дать один из самых старых и простейших магнитометров – компас. Многие считают, что компас всегда указывает на север, но это утверждение не верно. Компас указывает на источник мощного магнитного поля, и в условиях Земли, таким источником будет ничто иное как северный полюс планеты. Проверьте это и сами — разместите рядом с компасом мощный магнит, и стрелка немедленно повернется с «севера» по направлению к нему.

Впрочем, даже если принять условность, что компас показывает на северный полюс, это утверждение все равно не будет полностью верным. Компас указывает не на географический полюс планеты (тот самый, северный), а на магнитный северный полюс , по сравнению с географическим, несколько смещенный в сторону, и находящийся на самом севере Канады.

Магнитный полюс не является магнитом сам по себе. Магнитное поле создают силы глубоко внутри нашей планеты. Магнитные поля порождаются двигающимися электрическими потоками, а Земля – это «один большой поток». Металлическое ядро планеты также вертится и за счет этого происходит генерация магнитного поля.

Магнитное поле Земли – это не статичная устойчивая вещь. Со временем оно может измениться. Потоки в недрах Земли могут сменить направление, а значит изменится и направление магнитного поля. Северный и Южный полюса могут попросту перевернуться, причем такое на нашей планете уже случалось.

Мы знаем, что ориентация магнитных полюсов Земли меняется каждые 100 тыс. лет. Глубоководная и ледовая геология свидетельствует, что 780 тыс. лет стрелка компаса указывала на юг, а за 50 тыс. лет до этого компас указывал на север. Явление внезапного переворота полюсов называется магнитной инверсией , и когда оно случится в следующий раз, мы пока сказать не в состоянии.

Никто не знает, как магнитная инверсия повлияет на жизнь людей. Компасы будут указывать на юг, миграция птиц будет нарушена, GPS-навигация будет бесполезна. Но могут быть и более тяжелые последствия. Смена геомагнитных полюсов может ослабить или вообще убрать магнитное поле. Проблема в том, что слабое магнитное поле не сможет защитить нас от смертельной радиации Солнца.

Солнечный магнетизм создается движением плазмы по поверхности Солнца. Магнетизм, как мы вспоминали, порождается движущимися потоками электрических зарядов. А Солнце, как и Земля – это один большой нескончаемый поток заряженных частиц. С Земли можно разглядеть один магнитный феномен – пятна на Солнце.

Любое такое пятно, это магнитный вихрь на поверхности Солнца, именно такие мощные магнитные вихри вызывают вспышки на Солнце . Фактически, каждая вспышка — это гигантский термоядерный взрыв, мощностью далеко превосходящий все ядерные арсеналы землян.

Вспышки и вызываемые ими магнитные бури так мощны, что оказывают влияние не только на Землю, но и на соседние планеты. Не даром говорят, что магнитные возмущения на Солнце, создают атмосферу во всей нашей Солнечной системе и называются космической погодой.

Рентгеновское излучение чрезвычайно опасно для электроники и могут причинить миллиардный ущерб спутникам связи и навигации. Поэтому уметь предсказывать «космическую погоду» — вещь жизненно важная для освоения космоса.

В некотором роде, мы уже умеем предсказывать особо сильные бури на Солнце. Гигантские выбросы коронарной массы происходят каждые 11 лет, когда солнечные пятна, вспышки и прочая активность достигает максимума. Однако, точно предсказать нельзя, когда произойдет выброс массы и с какой-либо группы пятен.

Если у Земли есть магнитное поле, то есть ли оно у других планет? С началом космических полетов в 60-е годы мы смогли обнаружить магнитные поля других планет, и это были удивительные открытия. У всех четырех гигантских планет – Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна – есть активные магнитные поля.

Самое мощное магнитное поле в нашей системе – у Юпитера. Оно в 10 раз больше земного и протянулось на 6 млн. км. вокруг планеты. Мы наблюдаем полярные сияние на Юпитере и Сатурне и знаем, что они возникают там точно так же как и на Земле – магнитосфера этих планет отклоняет частички Солнца на полюса и они светятся там так же, как и на Земле.

Но ближе к Солнцу, магнитные поля встречаются реже. На Меркурии очень слабое магнитное поле, всего 1% от земного. У Венеры его вообще нет. Но загадочнее всех – красная планета Марс.

В конце 90-х космический аппарат Mars Global Surveyor вышел на орбиту Марса с магнетометром, и он показал, что на Марсе нет глобального магнитного поля. Зато Surveyor обнаружил, что по всей планете разбросаны маломощные магнитные поля. НАСА полагает, что это полеомагнетизм , то есть остатки магнитного поля, существовавшего миллиарды лет тому назад. Было ли на Марсе магнитное поле, как на Земле? Если было, то что с ним случилось?

К счастью нам не нужно отправляться на красную планету, чтобы выяснить это, потому что кусочек красной планеты уже у нас. У нас есть образцы камней с Марса, это метеориты выбитые с его поверхности после удара астероида или кометы миллионы лет назад. Осмотр одного из таких камней — ALH84001, с помощью квантового микроскопа Массачусетского университета (SQUID microscope ) показал, что камень намагничен, и этому магнетизму 4 млрд. лет. То есть под поверхностью метеорита оказались следы былой магнитосферы Марса.

Это дало нам неожиданные открытие: в начале истории Марс был совершенно иным, чем сейчас. Атмосфера была значительно плотнее, вероятно, по поверхности текла вода, а температура была намного выше. В общем, он был похож на Землю. Что случилось потом мы не знаем, но примерно 4,1 млрд. лет магнитное поле планеты вдруг исчезло. Поразительно, но по времени это совпало с началом превращения Марса из теплой и влажной планеты в нынешнюю сухую и холодную.

Одна из гипотез, почему исчезло магнитное поле Марса предполагает, что у него не было мощной магнитосферы для защиты от космического излучения, и солнечные ветра уносили прочь от Марса его атмосферу. Атмосфера становилась все тоньше и потом совсем исчезла. Марс, фигурально выражаясь, умер.

Может ли такое случиться на Земле? Да. Большей проблемой здесь предстает инверсия магнитного поля Земли, о которой мы говорили выше. Во время геомагнитной инверсии Земля может остаться без защиты магнитосферы не несколько дней или дольше. И это может привести планету к марсианскому сценарию, когда мы вдруг окажемся полностью беззащитны перед космическими бурями.

Магнитные бури уже поражали Землю прежде. В 1989 году солнечная вспышка ударила по Северной Америке и оставила без электричества весь Квебек. Но эта буря была сравнительно слабой по сравнению с событиями разыгравшимися в 1859 году («Событие Кэррингтона» ) – тогда полярное сияние видели даже на юге Кубы, а телеграфные провода и трансформаторы заискрились по всему Американскому континенту.

Что случилось бы, если бы буря 1859 года произошла сейчас? Гамма- и рентгеновские лучи уничтожили бы практически все искусственные спутники, по линиям электропередач прошли бы заряды индуцированного тока, что вывело бы из строя все электроподстанции, а все подключенное к сети электрооборудование мгновенно вышло бы из строя.
Воду пришлось бы по старинке качать не электронасосом, а вручную, пользоваться не электролампочкой, а свечкой. В общем, мы вернулись бы в доэлектрические времена. Но развитый мир настолько привык и приспособился к электросетям, что вряд ли сможет дальше существовать.

Чтобы избежать подобных катастроф, сегодня ученые стараются разработать защиту от подобной бури – придумывают предохранители для трансформаторов на подстанциях, пытаются предсказывать магнитные вспышки. Но как эффективно все это сработает в «час Х», покажет только время.

Рассматривая магнитное поле планет , прежде всего познакомимся с гипотезами существования магнитных полюсов Земли .

Все сводится к процессам происходящим, в недрах Земли, а именно в слое именуемом слоем Мохоровичича, (подробнее: ). Температура воды на поверхности которого оказалась критической. Это наблюдение и было первым намеком на сущность происходящего в этом в таинственном слое. Чем и объясняется существование магнитных полюсов Земли .

В слоях земной коры

Представим себе капельку воды, выпавшую с очередным дождем на землю и начавшую просачиваться по трещинам в слоях земной коры в ее глубины. Считаем, что нашей капельке очень повезло: ее не подхватил и не понес с собой ни один из водяных потоков, формирующихся в верхних слоях Земли и широко используемых людьми для устройства колодцев, оросительных сооружений и на тому подобные нужды.

Нет, капелька миновала несколько километров земных слоев. На нее уже давно начали давить струйки движущихся в том же направлении таких же капель, ее начали все ощутимее нагревать струи подземного тепла. Уже давно ее температура перевалила за сотню градусов международной шкалы температур.

Капелька втайне мечтала о том времени, когда на поверхности Земли она имела возможность свободно кипеть при такой температуре, превращаясь в вольный прозрачный пар. Увы, сейчас она кипеть не могла: мешало высокое давление вышележащего столба воды.

Капелька ощущала, что с ней происходит нечто необычайное. Она начала проявлять особый интерес к породам, входившим в состав трещины, по которой спускалась. Она стала вымывать из них отдельные молекулы некоторых веществ, причем часто таких, какие вода, находящаяся в нормальных условиях, не может растворить.

Капелька перестала ощущать себя водой, а стала проявлять свойства сильнейшей кислоты. Похищенные по дороге молекулы вода влекла с собой. Химический анализ показал бы, что она содержит в себе столько минеральных примесей, сколько нет в знаменитых минеральных водах.

Если бы капелька могла вернуться со всем своим содержимым на поверхность Земли, наверное, врачи нашли бы немало болезней, от которых она стала бы первейшим средством лечения. Но Капелька уже ушла далеко под слои земли, где образуются . Ей оставался только один возможный путь - дальше вниз, в недра земли, навстречу все нарастающему жару.

И вот наконец критическая температура - 374 градуса по международной шкале. Капелька почувствовала себя не совсем устойчиво. Ей не понадобилось дополнительной скрытой теплоты парообразования, она превратилась в пар, располагая только имевшейся в ней теплотой. При этом не изменился ее объем.

Но став капелькой пара, она стала искать направления, в котором могла бы расшириться. Вроде бы минимальное сопротивление было сверху. И частицы пара, совсем недавно бывшие капелькой воды, начали протискиваться вверх. При этом они отложили большую часть веществ, растворенных в капельке, на месте ее критического превращения.

Пар, образовавшийся из нашей капельки, некоторое время сравнительно благополучно прорывался вверх. Понижалась температура окружающих пород, и вдруг произошло обратное превращение пара в капельку воды. И она резко изменила направление движения, стала стекать вниз.

И снова начали подниматься температуры окружающих пород. А через некоторое время температура опять достигает критической величины, и снова легкое облачко пара устремляется вверх.

Если бы капелька могла думать и делать выводы, она бы, наверное, подумала, что попала в чудовищную ловушку и осуждена теперь на вечное блуждание и вечные превращения двух агрегатных состояний между двумя изотермами.

Между тем это вертикальное движение воды и пара, осуществляет именно ту работу, которая необходима для образования поверхности Мохоровичича. При превращении воды в пар отлагаются растворенные в ней вещества: они цементируют породы, делают их более плотными и более прочными.

Пары, движущиеся вверх, увлекают с собой некоторые вещества. К этим веществам относятся соединения металлов с хлором и другими галогенами, а также кремнезем, роль которого в образовании гранита является решающей.

Но мысли капельки о вечном плене, в который она будто бы попала, не соответствует истине. Дело в том, что она попала в область земной коры, обладающую повышенной проницаемостью. Снующие вверх и вниз капельки воды и струйки пара вымывали из горных пород целый ряд веществ, создав щели, трещины, поры.

Они, без сомнения, соединяются между собой и в горизонтальном направлении, создавая своеобразный слой, опоясывающий весь земной шар. Открыватель назвал его дренажным. Возможно его назывут слоем Григорьева .

Под влиянием разницы давлений между давлением, подпирающем воды на суше (в среднем материки поднимаются над уровнем океана на 875 метров) и более низким в океанах, происходит медленное перетекание попавших в дренажный слой вод из района материка в район океанов.

Проходя сквозь толщу земных пород к дренажному слою, эти воды охлаждают породы и по дренажному слою выносят в океаны взятое у материковых пород тепло. В океанах нет гранитного слоя потому, что там нет противотока воды и пара в дренажном слое. Там и вода и пар движутся в одном направлении, только вверх.

Дойдя до поверхности дна океана, они свободно изливаются в него, обеспечивая соленость гидросферы, покрывающей почти весь земной шар.

Гипотезы существования магнитного поля Земли

Гипотеза остается гипотезой до тех пор, пока ее не подтвердят те или иные выводы, сделанные на ее основании. Так оставался гипотезой закон всемирного тяготения Ньютона, (подробнее: ), пока не подтвердило его своевременное возвращение комет, чья траектория была рассчитана по формулам этого закона.

Так оставалась гипотезой знаменитая теория относительности Эйнштейна, пока фотография звезд в момент солнечного затмения не подтвердила смещения солнечного светового луча при его проходе мимо мощного гравитационного тела. Какие же можно сделать выводы из выдвинутой С. М. Григорьевым гипотезы дренажного пояса?

Такие выводы есть! И первый же из них дает великолепную возможность объяснить происхождение магнитного поля Земли и планет. Современная наука не знает ни проверенной теории, ни приемлемой гипотезы, которые объясняли бы вроде бы такое очевидное, всем известное магнитное поле Земли, поворачивающее стрелку компаса всегда одним концом на север.

Я. М. Яновский в своей книге «Земной магнетизм», вышедшей в 1964 году, писал:

Вплоть до последнего десятилетия не было ни одной гипотезы, ни одной теории, которые удовлетворительно объясняли бы постоянный магнетизм земного шара.

Как видите, первый вывод весьма важен. Ознакомимся с его сутью.

Конечно, это не совсем правильное утверждение, что не было гипотез, которыми бы пытались объяснить наличие земного магнетизма. Гипотезы были. Одна из них была связана с несинхронностью вращения частей нашей планеты: а именно, вращение ядра отстает от вращения мантии примерно на один оборот за две тысячи лет.

Другая вводила некие перемещающиеся массы, находящиеся внутри ядра. Обсуждался вопрос и о наличии электрического тока, движущегося в широтном направлении. Но поскольку полагали, что такие токи могут циркулировать лишь на границе между ядром и мантией, туда их и отправляли.

Сравнительно недавно появилась новая гипотеза, объясняющая земной магнетизм вихревыми токами в ядре земного шара. Поскольку проверить, есть ли там эти токи или нет, невозможно, гипотеза эта обречена на бессмысленное существование. У нее просто нет шансов когда-нибудь получить хоть какие-либо подтверждения.

Существование дренажной оболочки сразу же позволяет объяснить, каким образом осуществляется циркуляция поверхностных токов вокруг земного шара в широтном направлении. Жидкость, заполняющая дренажную оболочку под влиянием притяжения Луны дважды в сутки, поднимается почти на метр.

Следом за приливным горбом, под который всасывается дополнительный объем жидкостей и газов, идет впадина, выжимающая в западном направлении все то, что подсасывает прилив. Таким образом возникает как бы создаваемый приливами непрерывный поток дренажной жидкости вокруг земного шара.

Дренажная жидкость насыщена огромным количеством самых разнообразных растворенных в ней веществ. Среди них есть и множество ионов, в том числе и катионов, несущих положительный заряд. Есть там и анионы, несущие отрицательный заряд.

Можно сказать убежденно, что в настоящее время преобладают катионы, ибо в этом случае вблизи северного географического полюса должен возникнуть южный магнитный полюс. А в настоящее время магнитные полюса Земли расположены именно так.

Да, сейчас они расположены так. Но палеомагнетики твердо установили, что сравнительно часто - в геологическом смысле этого слова - происходят внезапные перемены намагниченности Земли, так что полюса меняются местами.

Ни одна самая смелая гипотеза не может дать объяснение этому факту. А суть дела, видимо, проста: когда в дренажной жидкости начнут преобладать анионы, северный магнитный полюс займет свое более приличествующее ему место - по крайней мере по названию - вблизи северного географического полюса.

Магнитное поле Луны

Если покинуть нашу любимую Землю и совершить небольшое космическое путешествие,то сначала посетим нашу ночную спутницу Луну.

На ее поверхности сейчас нет ни единой капли воды. Но может быть, у нее есть дренажный пояс, в узких щелях и полостях которого заключены, как и на Земле, сильно минерализованные воды?
Магнитное поле Луны определяется величиной ее приливной волны.

На Земле эта волна вызывается притяжением Луны. Но Земля не вызывает на Луне приливной волны, так как Луна повернута к Земле всегда одной стороной. И все-таки на Луне есть приливная волна. Ведь она, пусть очень медленно, но поворачивается относительно Солнца.

Один оборот относительно нашего центрального светила она делает приблизительно за месяц. Да и притяжение Солнца значительно меньше, чем, скажем, даже притяжение Луны на Земле.

Редкие и незначительные приливы могут способствовать появлению лишь очень незначительного магнитного поля. Именно таким полем и обладает Луна.

Наличие дренажного пояса позволяет объяснить многие другие загадки Луны. Так, С. М. Григорьев великолепно объясняет ассиметрию лунного диска, сущность масконов и т. д. Каждое из данных им этих объяснений может быть принято как доказательство существования дренажной оболочки у Луны.

Он предсказал, что радиус обращенного к нам полушария Луны меньше, чем радиус другого полушария, еще до того, как со спутников были произведены соответствующие измерения.

Главная » Гражданское право » Магнитное поле планеты. Магнитные поля и магнитное взаимодействие солнца и планет солнечной системы во вселенной