Существование у Земли магнитного поля можно подтвердить простым экспериментом. Достаточно подвесить на тонкой нити магнитную стрелку, тогда в любой точке около поверхности Земли, эта стрелка устанавливается приблизительно с севера на юг.
Исследование магнитного поля Земли носит важное научно-прикладное значение. Давно человеку знаком компас, в котором магнитное поле Земли используется для ориентирования по отношению к сторонам света. В настоящее время компас не единственный прибор, помогающий определять курс корабля или самолета, но он не потерял значения и сейчас. Компас используют геологи, охотники и путешественники.
Существование магнитного поля Земли дает возможность проводить ряд важных исследований, например, методов поиска месторождений железной руды.
Появление магнитного поля у планет связывают с гидродинамическими процессами, которые происходят в жидких ядрах планет. Вещество в ядрах имеет высокую температуру и, соответственно, большую проводимость. Даже слабое магнитное поле в проводящем ядре порождает электрический ток. Этот ток, в свою очередь, создает магнитное поле, которое способно усиливать начальное поле. Процесс усиления продолжается до момента равенства теплопотерь и притока энергии за счет гидродинамики движений.
Магнитные полюса Земли
Если изобразить магнитное поле Земли при помощи силовых линий, то можно увидеть, что оно аналогично магнитному полю магнита, ось которого направлена с севера на юг.
Южным магнитным полюсом Земли называют точку, в которой сходятся все линии магнитного поля северного полушария. Координаты южного магнитного полюса 75°50' северной широты и 96° западной долготы.
Северным магнитным полюсом Земли называют точку в южном полушарии, в которой сходятся линии магнитной индукции магнитного поля с координатами: 70°10' южной широты и 150° 45' восточной долготы.
Точки, в которых сходятся линии магнитного поля Земли, находятся не на поверхности нашей планеты, а под ней.
Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами.
Магнитной осью называют прямую линию, которая проходит через магнитные полюса нашей планеты.
Магнитная ось Земли не является ее диаметром.
Магнитные полюса изменяют свое положение с течением времени. Дрейф северного магнитного полюса происходит со скоростью примерно 5- 6 км в год.
Элементы земного магнетизма
Поскольку земные магнитные полюса и ее географические полюса не совпадают, магнитная стрелка показывает на север – юг приблизительно.
Плоскостью магнитного меридиана данного места называют плоскость, в которой располагается магнитная стрелка.
Прямая, которая является пересечением плоскости магнитного меридиана и горизонтальной плоскости, называется магнитным меридианом.
Угол (φ), который составляет направление магнитного меридиана с направлением географического меридиана – магнитное склонение. Различают следующие магнитные склонения:
- западное,
- восточное.
Западное склонение – это склонение северного полюса магнитной стрелки от плоскости географического меридиана к западу. Аналогичное склонение к востоку называют восточным. Склонения могут изменяться от 0° до 180°.
Линии магнитного поля Земли не являются параллельными ее поверхности. Из этого следует, что вектор магнитной индукции поля не располагается в плоскости горизонта данного места, а составляет некоторый угол с ней. Данный угол называют магнитным наклонением ($i$). Магнитное наклонение изменяется в зависимости от его координаты на Земле.
Магнитное склонение и магнитное наклонение определяют направление вектора магнитной индукции поля Земли. Следует найти количественное значение вектора магнитного поля.
Рисунок 1. Вектор магнитной индукции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Допустим, что плоскость $S$ рис.1 является плоскостью магнитного меридиана данного места. Вектор магнитной индукции лежит в этой плоскости. Разложим его на две компоненты:
- горизонтальную ($\vec{B}_{g}$);
- вертикальную ($\vec{B}_{v}$).
Имея наклонение ($i$) и одну из компонент вектора магнитной индукции, можно найти другую составляющую или сам вектор магнитной индукции.
$B=\frac{B_{g}}{\cos i};\, B_{v}=B\, tg\,( i)\, \left( 1 \right)$
Чаще всего измеряют горизонтальную компоненту магнитного поля Земли и с ее помощью характеризуют магнитное поле в точке поверхности планеты.
Так:
- склонение;
- наклонение;
- численное значение горизонтальной компоненты индукции поля
характеризуют магнитное поле Земли. Данные величины называют элементами Земного магнетизма.
Аномалии магнитного поля Земли
На Земле есть места, где магнитные элементы резко изменяются в сравнении с магнитными элементами соседнего места. Данные области называют областями магнитной аномалии.
Обычно магнитные аномалии проявляются в местах скопления железной руды под земной поверхностью. Одна из самых больших аномалий на нашей планете - Курская магнитная аномалия. Там были найдены большие залежи железа.
Тщательное исследование магнитного поля нашей планеты - это орудие для получения информации о наличии полезных ископаемых.
Изменение элементов земного магнетизма
Элементы земного магнетизма являются переменными во времени параметрами, характеризующими магнитное поле Земли. Эти изменения делят на:
- вековые (самые медленные);
- годового хода;
- суточного хода.
Это периодические изменения магнитного поля идут плавно.
Сильное изменение магнитного поля Земли за небольшой промежуток времени (около нескольких часов) называют магнитной бурей или магнитным возмущением. Обычно, магнитная буря длится от 6 до 12 часов, после этого элементы земного магнетизма восстанавливают свои значения.
Количество и интенсивность магнитных бурь может быть разной.
Считают, что такие явления как:
- полярные сияния;
- изменение солнечных пятен;
- радио волновые явления и др.
- связаны с магнитными бурями.
Влияние магнитного поля Земли на космические лучи
Магнитное поле Земли влияет на заряженные частицы, которые перемещаются в пространстве у Земли. Данные частицы делят на:
- космические лучи, состоящие из электронов, протонов, ядер тяжелых элементов и имеющие практически световые скорости;
- потоки корпускул – частицы, которые выбросило Солнце.
Заряженные частицы в магнитном поле перемещаются по спирали, вокруг оси, которая является силовой линией поля. Радиус спирали связан с величиной индукции поля и энергией частицы. При большей энергии – радиус больше (при равных полях).
Если радиус траектории частицы меньше радиуса Земли, частица не попадет на поверхность планеты, будет захвачена магнитным полем планеты.
При радиусе траектории большем, чем радиус Земли, частица перемещается так, как – будто магнитного поля нет. Вычислено, что частицы способны проникнуть через магнитное поле Земли на экваторе, если их энергия более $10^9$ эВ. Данные частицы, попадая в атмосферу, сталкиваются с ядрами атомов ее газов, порождают ядерные превращения, возникают вторичные космические лучи. Вторичные космические лучи регистрируют на Земной поверхности. Первичные космические лучи исследуют на искусственных спутниках нашей планеты.
