Earth Shield: Saan May Magnetic Field ang Ating Planeta?

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Pinoprotektahan ng magnetic field ang ibabaw ng Earth mula sa solar wind at mapaminsalang cosmic radiation. Ito ay gumagana bilang isang uri ng kalasag - kung wala ito, ang kapaligiran ay masisira. Sasabihin namin sa iyo kung paano nabuo at nagbago ang magnetic field ng Earth.

Ang istraktura at katangian ng magnetic field ng Earth

Ang magnetic field ng Earth, o geomagnetic field, ay isang magnetic field na nabuo ng intra-terrestrial sources. Ang paksa ng pag-aaral ng geomagnetism. Lumitaw 4, 2 bilyong taon na ang nakalilipas.

Ang sariling magnetic field ng Earth (geomagnetic field) ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na pangunahing bahagi:

• pangunahing larangan,
• larangan ng mga anomalya sa mundo,
• panlabas na magnetic field.

Pangunahing larangan

Higit sa 90% nito ay binubuo ng isang patlang, ang pinagmulan nito ay nasa loob ng Earth, sa likidong panlabas na core - ang bahaging ito ay tinatawag na pangunahing, pangunahing o normal na larangan.

Tinatantya ito sa anyo ng isang serye sa mga harmonika - isang serye ng Gaussian, at sa unang pagtatantya malapit sa ibabaw ng Earth (hanggang tatlo sa radii nito) ito ay malapit sa magnetic dipole field, iyon ay, ito ay kamukha ng lupa. ay isang strip magnet na may axis na nakadirekta humigit-kumulang mula hilaga hanggang timog.

Mga larangan ng mga anomalya sa mundo

Ang mga tunay na linya ng puwersa ng magnetic field ng Earth, bagaman sa average na malapit sa mga linya ng puwersa ng dipole, ay naiiba sa kanila sa pamamagitan ng mga lokal na iregularidad na nauugnay sa pagkakaroon ng magnetized na mga bato sa crust na matatagpuan malapit sa ibabaw.

Dahil dito, sa ilang mga lugar sa ibabaw ng lupa, ang mga parameter ng field ay ibang-iba mula sa mga halaga sa mga kalapit na lugar, na bumubuo ng tinatawag na magnetic anomalya. Maaari silang mag-overlap sa isa't isa kung ang mga magnetized na katawan na sanhi ng mga ito ay nakahiga sa magkaibang lalim.

Panlabas na magnetic field

Ito ay tinutukoy ng mga mapagkukunan sa anyo ng mga kasalukuyang sistema na matatagpuan sa labas ng ibabaw ng lupa, sa atmospera nito. Sa itaas na bahagi ng atmospera (100 km pataas) - ang ionosphere - ang mga molekula nito ay nag-ionize, na bumubuo ng isang siksik na malamig na plasma na tumataas nang mas mataas, samakatuwid, isang bahagi ng magnetosphere ng Earth sa itaas ng ionosphere, na umaabot sa layo na hanggang tatlo. ng radii nito, ay tinatawag na plasmasphere.

Ang plasma ay hawak ng magnetic field ng Earth, ngunit ang estado nito ay tinutukoy ng pakikipag-ugnayan nito sa solar wind - ang daloy ng plasma ng solar corona.

Kaya, sa isang mas malaking distansya mula sa ibabaw ng Earth, ang magnetic field ay walang simetriko, dahil ito ay baluktot sa ilalim ng pagkilos ng solar wind: mula sa Araw ito ay kumukontra, at sa direksyon mula sa Araw ay nakakakuha ito ng isang "trail" na umaabot. sa daan-daang libong kilometro, lumalampas sa orbit ng Buwan.

Ang kakaibang "tailed" form na ito ay lumitaw kapag ang plasma ng solar wind at solar corpuscular streams ay tila umaagos sa paligid ng magnetosphere ng mundo - ang rehiyon ng malapit sa earth space, na kontrolado pa rin ng magnetic field ng Earth, at hindi ng Araw at iba pa. mga mapagkukunan sa pagitan ng mga planeta.

Ito ay pinaghihiwalay mula sa interplanetary space sa pamamagitan ng isang magnetopause, kung saan ang dynamic na presyon ng solar wind ay balanse ng presyon ng sarili nitong magnetic field.

Mga parameter ng field

Ang isang visual na representasyon ng posisyon ng mga linya ng magnetic induction ng patlang ng Earth ay ibinibigay ng isang magnetic needle, na naayos sa paraang maaari itong malayang iikot pareho sa paligid ng patayo at sa paligid ng pahalang na axis (halimbawa, sa isang gimbal), - sa bawat punto malapit sa ibabaw ng Earth, ito ay naka-install sa isang tiyak na paraan kasama ang mga linyang ito.

Dahil ang magnetic at geographic na mga pole ay hindi nagtutugma, ang magnetic needle ay nagpapakita lamang ng tinatayang direksyon sa hilaga-timog.

Ang patayong eroplano kung saan naka-install ang magnetic needle ay tinatawag na eroplano ng magnetic meridian ng ibinigay na lugar, at ang linya kung saan ang eroplanong ito ay intersects sa ibabaw ng Earth ay tinatawag na magnetic meridian.

Kaya, ang mga magnetic meridian ay ang mga projection ng mga linya ng puwersa ng magnetic field ng Earth sa ibabaw nito, na nagtatagpo sa hilaga at timog na magnetic pole. Ang anggulo sa pagitan ng mga direksyon ng magnetic at geographic na meridian ay tinatawag na magnetic declination.

Maaari itong maging kanluran (madalas na ipinapahiwatig ng isang "-" sign) o silangan (isang "+" sign), depende sa kung ang north pole ng magnetic needle ay lumihis mula sa patayong eroplano ng geographic meridian sa kanluran o silangan.

Dagdag pa, ang mga linya ng magnetic field ng Earth, sa pangkalahatan, ay hindi parallel sa ibabaw nito. Nangangahulugan ito na ang magnetic induction ng field ng Earth ay hindi namamalagi sa eroplano ng abot-tanaw ng isang naibigay na lugar, ngunit bumubuo ng isang tiyak na anggulo sa eroplanong ito - ito ay tinatawag na magnetic inclination. Ito ay malapit sa zero lamang sa mga punto ng magnetic equator - ang circumference ng isang malaking bilog sa isang eroplano na patayo sa magnetic axis.

Mga resulta ng numerical modeling ng magnetic field ng Earth: sa kaliwa - normal, sa kanan - sa panahon ng inversion

Ang likas na katangian ng magnetic field ng mundo

Sa unang pagkakataon, sinubukan ni J. Larmor na ipaliwanag ang pagkakaroon ng mga magnetic field ng Earth at ng Araw noong 1919, na nagmumungkahi ng konsepto ng isang dynamo, ayon sa kung saan ang pagpapanatili ng magnetic field ng isang celestial body ay nangyayari sa ilalim ng aksyon. ng hydrodynamic motion ng isang electrically conductive medium.

Gayunpaman, noong 1934, pinatunayan ni T. Cowling ang theorem sa imposibilidad ng pagpapanatili ng isang axisymmetric magnetic field sa pamamagitan ng isang hydrodynamic dynamo mechanism.

At dahil ang karamihan sa mga pinag-aralan na celestial body (at higit pa sa Earth) ay itinuturing na axially symmetric, batay dito posible na gumawa ng isang pagpapalagay na ang kanilang field ay magiging axially symmetric din, at pagkatapos ay ang henerasyon nito ayon sa prinsipyong ito. magiging imposible ayon sa teorama na ito.

Maging si Albert Einstein ay nag-aalinlangan tungkol sa pagiging posible ng naturang dynamo dahil sa imposibilidad ng pagkakaroon ng mga simpleng (symmetric) na solusyon. Nang maglaon ay ipinakita na hindi lahat ng equation na may axial symmetry na naglalarawan sa proseso ng pagbuo ng magnetic field ay magkakaroon ng axially symmetric solution, kahit noong 1950s. natagpuan ang mga asymmetrical na solusyon.

Simula noon, matagumpay na umuunlad ang teorya ng dynamo, at ngayon ang karaniwang tinatanggap na malamang na paliwanag para sa pinagmulan ng magnetic field ng Earth at iba pang mga planeta ay isang self-excited na mekanismo ng dynamo batay sa pagbuo ng isang electric current sa isang conductor. kapag ito ay gumagalaw sa isang magnetic field na nabuo at pinalakas ng mga alon na ito mismo.

Ang mga kinakailangang kondisyon ay nilikha sa core ng Earth: sa likidong panlabas na core, na binubuo pangunahin ng bakal sa temperatura na humigit-kumulang 4-6 thousand Kelvin, na perpektong nagsasagawa ng kasalukuyang, ang mga convective na daloy ay nilikha na nag-aalis ng init mula sa solid na panloob na core. (nabubuo dahil sa pagkabulok ng mga radioactive na elemento o ang paglabas ng latent heat sa panahon ng solidification ng matter sa hangganan sa pagitan ng panloob at panlabas na core habang unti-unting lumalamig ang planeta).

Ang mga puwersa ng Coriolis ay pinipilipit ang mga agos na ito sa mga katangiang spiral na bumubuo sa tinatawag na mga Taylor pillars. Dahil sa alitan ng mga layer, nakakakuha sila ng electric charge, na bumubuo ng mga loop na alon. Kaya, ang isang sistema ng mga alon ay nilikha na umiikot sa isang conductive circuit sa mga conductor na gumagalaw sa isang (sa una, kahit na napakahina) na magnetic field, tulad ng sa isang Faraday disk.

Lumilikha ito ng isang magnetic field, na, na may isang kanais-nais na geometry ng mga daloy, pinahuhusay ang paunang patlang, at ito, sa turn, ay pinahuhusay ang kasalukuyang, at ang proseso ng amplification ay nagpapatuloy hanggang sa mga pagkalugi sa init ng Joule, na tumataas sa pagtaas ng kasalukuyang, balansehin ang pag-agos ng enerhiya dahil sa hydrodynamic na paggalaw.

Iminungkahi na ang dynamo ay maaaring maging excited dahil sa precession o tidal forces, iyon ay, na ang pinagmumulan ng enerhiya ay ang pag-ikot ng Earth, gayunpaman, ang pinaka-kalat at binuo hypothesis ay na ito ay tiyak na thermochemical convection.

Mga pagbabago sa magnetic field ng Earth

Ang magnetic field inversion ay isang pagbabago sa direksyon ng magnetic field ng Earth sa kasaysayan ng geological ng planeta (na tinutukoy ng paleomagnetic method).

Sa isang pagbabaligtad, ang magnetic north at magnetic south ay baligtad at ang compass needle ay nagsisimulang tumuro sa tapat na direksyon. Ang pagbabaligtad ay isang medyo bihirang kababalaghan na hindi pa naganap sa panahon ng pagkakaroon ng Homo sapiens. Marahil, ang huling pagkakataon na nangyari ito mga 780 libong taon na ang nakalilipas.

Ang mga pagbaligtad ng magnetic field ay naganap sa pagitan ng oras mula sampu-sampung libong taon hanggang sa malalaking pagitan ng isang tahimik na magnetic field na sampu-sampung milyong taon, nang hindi nangyari ang mga pagbaliktad.

Kaya, walang periodicity ang natagpuan sa pole reversal, at ang prosesong ito ay itinuturing na stochastic. Ang mga mahabang panahon ng isang tahimik na magnetic field ay maaaring sundan ng mga panahon ng maramihang mga pagbaliktad na may iba't ibang tagal at vice versa. Ipinakikita ng mga pag-aaral na ang pagbabago sa mga magnetic pole ay maaaring tumagal mula sa ilang daan hanggang ilang daang libong taon.

Iminumungkahi ng mga eksperto mula sa Johns Hopkins University (USA) na sa panahon ng mga pagbaliktad, ang magnetosphere ng Earth ay humina nang husto na ang cosmic radiation ay maaaring umabot sa ibabaw ng Earth, kaya ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring makapinsala sa mga buhay na organismo sa planeta, at ang susunod na pagbabago ng mga pole ay maaaring humantong sa higit pa. malubhang kahihinatnan para sa sangkatauhan hanggang sa isang pandaigdigang sakuna.

Ang gawaing pang-agham sa mga nakaraang taon ay nagpakita (kabilang sa eksperimento) ang posibilidad ng mga random na pagbabago sa direksyon ng magnetic field ("jumps") sa isang nakatigil na magulong dinamo. Ayon sa pinuno ng laboratoryo ng geomagnetism sa Institute of Physics of the Earth, si Vladimir Pavlov, ang inversion ay isang medyo mahabang proseso ng mga pamantayan ng tao.

Ang mga geophysicist sa University of Leeds Yon Mound at Phil Livermore ay naniniwala na sa loob ng ilang libong taon ay magkakaroon ng pagbabaligtad ng magnetic field ng Earth.

Pag-alis ng mga magnetic pole ng Earth

Sa unang pagkakataon, ang mga coordinate ng magnetic pole sa Northern Hemisphere ay natukoy noong 1831, muli - noong 1904, pagkatapos noong 1948 at 1962, 1973, 1984, 1994; sa Southern Hemisphere - noong 1841, muli - noong 1908. Ang pag-alis ng mga magnetic pole ay naitala mula noong 1885. Sa nakalipas na 100 taon, ang magnetic pole sa Southern Hemisphere ay lumipat ng halos 900 km at pumasok sa Southern Ocean.

Ang pinakabagong data sa estado ng Arctic magnetic pole (lumilipat patungo sa East Siberian world magnetic anomaly sa buong Arctic Ocean) ay nagpakita na mula 1973 hanggang 1984 ang mileage nito ay 120 km, mula 1984 hanggang 1994 - higit sa 150 km. Bagaman ang mga figure na ito ay kinakalkula, ang mga ito ay nakumpirma sa pamamagitan ng mga sukat ng north magnetic pole.

Pagkatapos ng 1831, nang ang posisyon ng poste ay naayos sa unang pagkakataon, noong 2019 ang poste ay lumipat na ng higit sa 2,300 km patungo sa Siberia at patuloy na gumagalaw nang may pagbilis.

Ang bilis ng paglalakbay nito ay tumaas mula 15 km bawat taon noong 2000 hanggang 55 km bawat taon noong 2019. Ang mabilis na pag-anod na ito ay nangangailangan ng mas madalas na mga pagsasaayos sa mga navigation system na gumagamit ng magnetic field ng Earth, tulad ng mga compass sa mga smartphone o backup na navigation system para sa mga barko at sasakyang panghimpapawid.

Ang lakas ng magnetic field ng lupa ay bumabagsak, at hindi pantay. Sa nakalipas na 22 taon, bumaba ito ng average na 1.7%, at sa ilang rehiyon, gaya ng South Atlantic Ocean, ng 10%. Sa ilang mga lugar, ang lakas ng magnetic field, salungat sa pangkalahatang kalakaran, ay tumaas pa.

Ang pagbilis ng paggalaw ng mga pole (sa average na 3 km / taon) at ang kanilang paggalaw sa kahabaan ng mga koridor ng magnetic pole inversions (ang mga koridor na ito ay naging posible upang ipakita ang higit sa 400 paleoinversions) ay nagmumungkahi na sa paggalaw na ito ng mga pole isa hindi dapat makita ang isang iskursiyon, ngunit isa pang pagbabaligtad ng magnetic field ng Earth.

Paano nabuo ang magnetic field ng mundo?

Iminungkahi ng mga eksperto sa Scripps Institute of Oceanography at University of California na ang magnetic field ng planeta ay nabuo ng mantle. Ang mga Amerikanong siyentipiko ay nakabuo ng isang hypothesis na iminungkahi 13 taon na ang nakakaraan ng isang grupo ng mga mananaliksik mula sa France.

Ito ay kilala na sa loob ng mahabang panahon, ang mga propesyonal ay nagtalo na ito ay ang panlabas na core ng Earth na nakabuo ng magnetic field nito. Ngunit pagkatapos ay iminungkahi ng mga eksperto mula sa France na ang mantle ng planeta ay palaging solid (mula sa sandali ng kapanganakan nito).

Ang konklusyong ito ay nagpaisip sa mga siyentipiko na hindi ang core ang maaaring bumuo ng magnetic field, ngunit ang likidong bahagi ng mas mababang mantle. Ang komposisyon ng mantle ay isang silicate na materyal na itinuturing na isang mahinang konduktor.

Ngunit dahil ang mas mababang mantle ay kailangang manatiling likido sa loob ng bilyun-bilyong taon, ang paggalaw ng likido sa loob nito ay hindi gumagawa ng isang electric current, at sa katunayan ito ay kinakailangan lamang upang makabuo ng isang magnetic field.

Ang mga propesyonal ngayon ay naniniwala na ang mantle ay maaaring maging isang mas malakas na tubo kaysa sa naisip dati. Ang konklusyon na ito ng mga espesyalista ay ganap na nagbibigay-katwiran sa estado ng unang bahagi ng Earth. Ang silicate dynamo ay posible lamang kung ang electrical conductivity ng likidong bahagi nito ay mas mataas at may mababang presyon at temperatura.