Fizika magnetnog polja Zemlje. Teorija Zemljinog magnetnog polja: mehanizam nastanka, struktura, magnetne oluje, preokret polarizacije

Posao iz fizike

Učenica 10. razreda A

Škola №1202

Kruglova Egor

Magnetno polje

U 19. veku je otkrivena veza između elektriciteta i magnetizma i nastao je koncept magnetnog polja. Prema modernim konceptima, vodiči sa strujom djeluju jedni na druge ne direktno, već kroz magnetska polja koja ih okružuju.

Izvori magnetsko polje se kreću električni naboji (struje). Magnetno polje nastaje u prostoru koji okružuje provodnike sa strujom, baš kao što se električno polje javlja u prostoru koji okružuje nepomične električne naboje. Magnetno polje trajnih magneta stvaraju i električne mikrostruje koje kruže unutar molekula tvari (Amperova hipoteza).

Za opisivanje magnetskog polja potrebno je uvesti karakteristiku sile polja koja je slična vektoru jačine električnog polja. Takva karakteristika je vektor magnetske indukcije. Vektor magnetne indukcije određuje sile koje djeluju na struje ili pokretne naboje u magnetskom polju.

Pozitivni smjer vektora uzima se kao smjer od južnog pola S do sjevernog pola N magnetne igle, koja je slobodno instalirana u magnetskom polju. Dakle, ispitivanjem magnetnog polja koje stvara struja ili trajni magnet, pomoću male magnetne igle, moguće je u svakoj tački u prostoru

Da bismo kvantitativno opisali magnetsko polje, potrebno je naznačiti metodu za određivanje ne samo smjera vektora, već i njegovog modula.

Modul vektora magnetske indukcije jednak je omjeru maksimalna vrijednost Amperska sila koja djeluje na provodnik s jednosmjernom strujom do jačine struje I u provodniku i njegovoj dužini Δ l :

Ova relacija se zove Amperov zakon.

U SI sistemu jedinica, jedinica magnetne indukcije je indukcija takvog magnetnog polja, u kojoj je za svaki metar dužine provodnika pri struji od 1 A, maksimalna snaga Amper je 1 N. Ova jedinica se zove tesla (T).

Tesla je veoma velika jedinica. Zemljino magnetsko polje je približno jednako 0,5·10–4 T. Veliki laboratorijski elektromagnet može stvoriti polje od najviše 5 T.

Amperova sila je usmjerena okomito na vektor magnetske indukcije i smjer struje koja teče kroz provodnik. Za određivanje smjera Amperove sile obično se koristi pravilo lijeve ruke: ako postavite lijeva ruka tako da linije indukcije ulaze u dlan, a ispruženi prsti su usmjereni duž struje, zatim dodijeljeni thumb označava smjer sile koja djeluje na provodnik.

Pravilo lijeve ruke i pravilo gimleta.

Linije polja magnetske indukcije permanentni magnet i strujne zavojnice

Referenca

Gauss ( Ruska oznaka Gs, međunarodni - G) - jedinica mjerenja magnetne indukcije u CGS sistemu. Ime je dobio po njemačkom fizičaru i matematičaru Carlu Friedrichu Gausu.

1 Gs = 100 μT;

1 T = 104 Gs.

Može se izraziti u osnovnim jedinicama CGS sistema na sljedeći način: 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1 .

Iskustvo

Izvor: udžbenici fizike o magnetizmu, kurs Berkeley.

Predmet: m magnetna polja u materiji.

Cilj: saznajte kako razne supstance reaguju na magnetno polje.

Zamislite neke eksperimente sa vrlo jakim poljem. Pretpostavimo da smo napravili solenoid sa unutrašnji prečnik 10 cm i 40 cm dužine.

1. Dizajn zavojnice koji stvara jako magnetsko polje. pokazano poprečni presjek namotaj kroz koji teče rashladna voda. 2. Kriva veličine polja B 2 na osi zavojnice.

Njegov vanjski prečnik je 40 cm i večina prostor je ispunjen bakrenim namotom. Takav kalem će osigurati konstantno polje od 30.000 gs u centru, ako dovedete 400 kW struje i vode za oko 120 l u minuti za odvođenje topline.

Ovi konkretni podaci dati su da pokažu da iako instrument nije ništa neobično, on je ipak prilično respektabilan laboratorijski magnet.

Jačina polja u centru magneta je oko 105 puta veća od Zemljinog magnetnog polja, a vjerovatno 5 ili 10 puta jače polje u blizini bilo koje magnetne željezne šipke ili magneta za potkovicu!

Blizu središta solenoida, polje je prilično ujednačeno i smanjuje se za oko pola na osi blizu krajeva zavojnice.

zaključci

Dakle, kao što eksperimenti pokazuju, u takvim magnetima je veličina polja (to jest, indukcija ili intenzitet) i unutar magneta i izvan njega gotovo pet redova veličine veća od veličine Zemljinog polja.

Takođe, samo dva puta - ne "povremeno!" - manji je izvan magneta.

I u isto vrijeme, 5-10 puta jači od običnog trajnog magneta.

Prosječna jačina polja zemlje na površini je oko 0,5 Oe (5,10 -5 T)

Međutim, već nekoliko stotina metara (ako ne i desetine) od takvog magneta, magnetska igla kompasa ne reagira ni na uključivanje ni na isključivanje struje.

Istovremeno, dobro reaguje na polje zemlje ili njene anomalije i pri najmanjoj promeni položaja. šta piše?

Prije svega, o očito podcijenjenoj cifri indukcije Zemljinog magnetnog polja – odnosno ne o samoj indukciji, već o tome kako je mjerimo.

Mjerimo reakciju petlje na struju, ugao njene rotacije u magnetskom polju Zemlje.

Svaki magnetometar je izgrađen na principu mjerenja ne direktno, već indirektno:

Samo po prirodi promene vrednosti napetosti;

Samo na površini zemlje, blizu nje u atmosferi i u bliskom svemiru.

Ne znamo izvor polja sa određenim maksimumom. Mjerimo samo razliku u jačini polja u razne tačke, a gradijent intenziteta se ne mijenja previše s visinom. Nema matematike s maksimalnom definicijom kada se koristi klasični pristup nemoj raditi ovdje.

Utjecaj magnetnog polja - eksperimenti

Poznato je da čak i jaka magnetna polja nemaju praktički nikakav utjecaj na kemijski i biohemijski procesi. Možete staviti ruku (bez sata!) u solenoid sa poljem od 30 kgf bez ikakvih vidljivih efekata. Teško je reći kojoj klasi tvari pripada vaša ruka - paramagnetnoj ili dijamagnetnoj, ali sila koja djeluje na nju u svakom slučaju neće biti veća od nekoliko grama. Čitave generacije miševa su uzgajane i odgajane u jakim magnetnim poljima koja na njih nisu imala primjetan učinak. Drugi biološki eksperimenti također nisu otkrili nikakve značajne magnetske efekte na biološke procese.

Važno je zapamtiti!

Bilo bi pogrešno pretpostaviti da slabi efekti uvijek prolaze bez posljedica. Takvo razmišljanje bi moglo dovesti do zaključka da gravitacija nema energetski značaj na molekularnoj skali, ali drveće na padini brda ipak raste okomito. Objašnjenje, očigledno, leži u ukupnoj sili koja djeluje na biološki objekt, čije su dimenzije mnogo veće od dimenzija molekula. Zaista, sličan fenomen ("tropizam") je eksperimentalno demonstriran u slučaju sadnica koje rastu u prisustvu vrlo neujednačenog magnetnog polja.

Inače, ako stavite glavu u jako magnetno polje i protresete je, u ustima ćete "okusiti" elektrolitičku struju, što je dokaz prisustva inducirane elektromotorne sile.

U interakciji sa materijom, uloge magnetnog i električnog polja su različite. Budući da se atomi i molekule sastoje od električnih naboja koji se sporo kreću, električne sile u molekularnim procesima dominiraju nad magnetskim.

zaključci

Utjecaj magnetskog polja takvog magneta na biološke objekte nije ništa drugo do ubod komarca. Bilo koji stvorenje ili je biljka stalno pod uticajem zemaljski magnetizam mnogo moćnije.

Dakle, efekat pogrešno izmerenog polja nije primetan.

Izračuni

1 gaus = 1 10 -4 tesla.

Jedinica za napetost geomagnetno polje(T) u sistemu C je amper po metru (A/m). U magnetnim istraživanjima korišćena je i druga jedinica Oersted (E) ili gama (G), jednaka 10 -5 Oe, međutim, praktično meren parametar magnetnog polja je magnetna indukcija (ili gustina magnetnog fluksa). Jedinica magnetne indukcije u sistemu C je tesla (T). U magnetskom istraživanju koristi se manja jedinica nanotesla (nT), jednaka 10 -9 T. Budući da za većinu medija u kojima se proučava magnetsko polje (vazduh, voda, velika većina nemagnetnih sedimentnih stijena), tada se kvantitativno magnetsko polje Zemlje može mjeriti ili u jedinicama magnetne indukcije (u nT), ili u odgovarajućoj jačini polja - gama.

Na slici je prikazan ukupan intenzitet Zemljinog magnetnog polja za epohu 1980. Izolinije T su povučene kroz 4 μT (iz knjige P. Sharme "Geofizičke metode u regionalnoj geologiji").

Na ovaj način

Na polovima su vertikalne komponente magnetske indukcije približno jednake 60 μT, a horizontalne komponente nula. Na ekvatoru, horizontalna komponenta je približno 30 µT, a vertikalna komponenta je nula.

Na taj način je moderna nauka geomagnetizma odavno napustila osnovni princip magnetizma, dva magneta postavljena ravno jedan naspram drugog teže da se povežu sa suprotnim polovima.

Odnosno, sudeći po poslednjoj frazi na ekvatoru, ne postoji sila (vertikalna komponenta) koja privlači magnet na zemlju! Kako odbojno!

Privlače li se ova dva magneta? Odnosno, ne postoji sila privlačenja, ali postoji sila istezanja? Gluposti!

Ali na polovima sa ovakvim rasporedom magneta jeste, ali horizontalna sila nestaje.

Štaviše, razlika je samo 2 puta između ovih komponenti!

Jednostavno uzmemo dva magneta i uvjerimo se da se u sličnom položaju magnet najprije odvija, a zatim privlači. JUŽNI POL NA SJEVERNI POL!

Ovi globalni modeli su kao što su međunarodno geomagnetno analitičko polje (Međunarodno geomagnetno referentno polje, IGRF) i Svjetski magnetni model (WMM)- kreiraju razne međunarodne geofizičke organizacije, a svakih 5 godina se odobravaju i objavljuju ažurirani setovi Gausovih koeficijenata koji određuju sve podatke o stanju geomagnetnog polja i njegovim parametrima. Dakle, prema modelu WMM2015, sjeverni geomagnetski pol (u stvari, to je Južni pol magnet) ima koordinate 80,37 ° N. sh. i 72,62° W D., južni geomagnetski pol - 80,37 ° S. geografska širina, 107,38° E itd., nagib ose dipola u odnosu na Zemljinu os rotacije je 9,63°.

Polja svjetskih anomalija

Real linije sile Magnetno polje Zemlje, iako je u prosjeku blizu dipolnih linija sile, razlikuje se od njih po lokalnim nepravilnostima povezanim s prisustvom magnetiziranih stijena u kori, smještene blizu površine. Zbog toga na nekim mjestima zemljine površine parametri polja se jako razlikuju od vrijednosti u obližnjim područjima, formirajući takozvane magnetne anomalije. One se mogu preklapati jedna s drugom ako magnetizirana tijela koja ih uzrokuju leže na različitim dubinama.

Postojanje magnetnih polja u proširenim lokalnim područjima vanjskih ljuski dovodi do toga da pravi magnetni polovi- tačke (ili bolje rečeno, male oblasti) u kojima su linije magnetnog polja apsolutno vertikalne - ne poklapaju se sa geomagnetnim, dok ne leže na samoj površini Zemlje, već ispod nje. Koordinate magnetnih polova u jednom ili drugom trenutku također se izračunavaju u okviru različitih modela geomagnetskog polja pronalaženjem svih koeficijenata u Gaussovom nizu iterativnom metodom. Tako je, prema trenutnom modelu WMM, 2015. godine sjeverni magnetski pol bio na 86° N. geografska širina, 159° W D., a južni - 64 ° S. geografska širina, 137° E Vrijednosti trenutnog modela IGRF12 su malo drugačije: 86,3°N. geografska širina, 160° W za sjeverni pol, 64,3°J w., 136,6 ° E za južni.

odnosno magnetna osa- prava linija koja prolazi kroz magnetne polove - ne prolazi kroz centar Zemlje i nije njen prečnik.

Položaji svih polova se stalno pomiču - geomagnetski pol precesira u odnosu na geografski sa periodom od oko 1200 godina.

Eksterno magnetno polje

Određuju ga izvori u obliku strujnih sistema koji se nalaze izvan zemljine površine u njenoj atmosferi. U gornjem dijelu atmosfere (100 km i više) - jonosferi - njegovi molekuli se joniziraju, formirajući plazmu, pa se ovaj dio Zemljine magnetosfere, koji se proteže na udaljenosti do tri njena poluprečnika, naziva plazmasfera. Plazmu drži Zemljino magnetsko polje, ali njeno stanje je određeno njenom interakcijom sa solarnim vjetrom – protokom plazme solarne korone.

Dakle, na većoj udaljenosti od Zemljine površine, magnetsko polje je asimetrično, jer je izobličeno pod dejstvom solarni vetar: sa strane Sunca se skuplja, a u pravcu od Sunca dobija „rep“, koji se proteže stotinama hiljada kilometara, nadilazeći orbitu Meseca. Ova vrsta "repavog" oblika nastaje kada plazma solarnog vjetra i solarni korpuskularni tokovi teče oko površine zemlje, takoreći. magnetosfera- područje svemirskog prostora blizu Zemlje, koje još uvijek kontrolira Zemljino magnetsko polje, a ne Sunce i drugi međuplanetarni izvori; odvaja se od međuplanetarnog prostora magnetopauza, gdje je dinamički pritisak solarnog vjetra uravnotežen pritiskom njegovog vlastitog magnetnog polja. Podsolarna tačka magnetosfere je u prosjeku na udaljenosti od 10 zemaljski radijusi * R⊕; sa slabim solarnim vetrom ova udaljenost dostiže 15-20 R ⊕ , a tokom perioda magnetnih poremećaja na Zemlji, magnetopauza može ići izvan geostacionarne orbite (6,6 R ⊕) . Izduženi rep na noćnoj strani je oko 40 R⊕ u prečniku i preko 900 R⊕ u dužini; počevši od udaljenosti od oko 8 R ⊕ , podijeljen je na dijelove ravnim neutralnim slojem, u kojem je indukcija polja blizu nule.

Geomagnetno polje, zbog specifične konfiguracije indukcijskih linija, stvara magnetnu zamku za nabijene čestice - protone i elektrone. Ona ih hvata i drži ogroman broj, tako da je magnetosfera svojevrsni rezervoar nabijenih čestica. Njihova ukupna masa, prema različitim procjenama, kreće se od 1 kg do 10 kg. Oni formiraju tzv radijacioni pojas pokrivajući zemlju sa svih strana osim polarne regije. Uslovno se dijeli na dva - unutrašnja i vanjska. Donja granica unutrašnjeg pojasa nalazi se na nadmorskoj visini od oko 500 km, njegova debljina je nekoliko hiljada kilometara. Vanjski pojas se nalazi na nadmorskoj visini od 10-15 hiljada km. Čestice radijacijskog pojasa pod djelovanjem Lorentzove sile čine kompleks periodična kretanja sa sjeverne hemisfere na južnu i nazad, dok se polako kreće oko Zemlje po azimutu. U zavisnosti od energije koju proizvode puni okret oko Zemlje u periodu od nekoliko minuta do jednog dana.

Magnetosfera ne dozvoljava tokove na Zemlju kosmičke čestice. Međutim, u njegovom repu, na velikim udaljenostima od Zemlje, jačina geomagnetskog polja, a time i njegova zaštitna svojstva, je oslabljena, a neke čestice solarne plazme dobijaju priliku da uđu u magnetosferu i magnetne zamke zračenja. pojasevi. Rep tako služi kao mjesto za formiranje tokova taložnih čestica koje uzrokuju aurore i auroralne struje. U polarnim područjima, dio toka solarne plazme zadire u gornje slojeve atmosfere iz pojasa zračenja Zemlje i, sudarajući se s molekulama kisika i dušika, pobuđuje ih ili ionizira, a prilikom obrnutog prijelaza u nepobuđeno stanje, atomi kisika emituju fotoni sa λ = 0,56 μm i λ = 0,63 μm, dok ionizirani molekuli dušika tokom rekombinacije ističu plave i ljubičaste trake spektra. Istovremeno se uočavaju aurore, posebno dinamične i sjajne tokom magnetnih oluja. Nastaju prilikom poremećaja u magnetosferi uzrokovanih povećanjem gustine i brzine sunčevog vjetra uz povećanu sunčevu aktivnost.

Opcije polja

Vizualni prikaz položaja linija magnetske indukcije Zemljinog polja daje magnetska igla, fiksirana na takav način da se može slobodno rotirati i oko vertikalne i oko horizontalne ose (na primjer, u kardanu) - u svakoj tački blizu površine Zemlje, postavljen je na određeni način duž ovih linija.

Budući da se magnetski i geografski polovi ne poklapaju, magnetna igla pokazuje smjer sjever-jug samo približno. Vertikalna ravan u kojoj je postavljena magnetna igla naziva se ravan magnetnog meridijana datog mesta, a linija duž koje se ta ravan seče sa površinom Zemlje naziva se magnetni meridijan. Dakle, magnetni meridijani su projekcije linija magnetnog polja Zemlje na njenu površinu, koje se konvergiraju na sjevernom i južnom magnetnom polu. Ugao između smjera magnetskog i geografskog meridijana naziva se magnetna deklinacija. Može biti zapadni (često označen znakom "-") ili istočni (označen znakom "+"), ovisno o tome da li sjeverni pol magnetne igle odstupa na zapad ili istok od vertikalne ravni geografskog meridijana .

Nadalje, linije Zemljinog magnetskog polja, općenito govoreći, nisu paralelne s njenom površinom. To znači da magnetna indukcija Zemljinog polja ne leži u ravni horizonta datog mesta, već formira određeni ugao sa ovom ravninom - to se naziva magnetni nagib. Samo u tačkama je blizu nule magnetni ekvator- obim velikog kruga u ravni koja je okomita na magnetsku osu.

Magnetna deklinacija i magnetna inklinacija određuju smjer magnetske indukcije Zemljinog polja na svakom pojedinom mjestu. I numerička vrijednost ove veličine može se pronaći, znajući nagib i jednu od projekcija vektora magnetske indukcije B (\displaystyle \mathbf (B) )- na okomitoj ili horizontalnoj osi (potonje je pogodnije u praksi). Dakle, ova tri parametra su magnetna deklinacija, inklinacija i modul vektora magnetske indukcije B (ili vektor jačine magnetnog polja H (\displaystyle \mathbf (H) )) - u potpunosti karakterizira geomagnetno polje na datoj lokaciji. Njihovo precizno znanje za maksimum veliki broj tačke na Zemlji je izuzetno važno. Izrađuju se posebne magnetne kartice na kojima se izogoni(linije jednake deklinacije) i izoklinama(linije jednakog nagiba) potrebne za orijentaciju pomoću kompasa.

U proseku, intenzitet Zemljinog magnetnog polja kreće se od 25.000 do 65.000 nT (0,25 - 0,65 gausa) i veoma zavisi od geografska lokacija. Ovo odgovara prosječnoj jačini polja od oko 0,5 (40 /). Na magnetskom ekvatoru njegova vrijednost je oko 0,34, na magnetnim polovima oko 0,66 Oe. U nekim područjima ( magnetne anomalije) intenzitet naglo raste: u području Kurske magnetske anomalije dostiže 2 Oe.

Priroda Zemljinog magnetnog polja

J. Larmor je prvi put pokušao da objasni postojanje magnetnih polja Zemlje i Sunca 1919. godine predlažući koncept dinama, prema kojem se magnetsko polje nebeskog tela održava pod uticajem hidrodinamičko kretanje električno provodljivog medija. Međutim, 1934 T. Cowling dokazao teoremu o nemogućnosti održavanja osnosimetričnog magnetnog polja pomoću hidrodinamičkog dinamo mehanizma. I pošto većina studenata nebeska tela(a još više Zemlju) smatrali su aksijalno simetričnimi, na osnovu toga bi se moglo pretpostaviti da bi i njihovo polje bilo aksijalno simetrično, pa bi onda njegovo generiranje po ovom principu bilo nemoguće prema ovoj teoremi. Kasnije se pokazalo da nemaju sve jednadžbe sa aksijalnom simetrijom koje opisuju proces generiranja magnetskog polja aksijalno simetrično rješenje, a 1950-ih godina. pronađena su asimetrična rješenja.

Od tada se teorija dinamo uspješno razvija, a danas je najvjerovatnije objašnjenje nastanka magnetnog polja Zemlje i drugih planeta samopobuđeni dinamo mehanizam zasnovan na generaciji električna struja u vodiču dok se kreće u magnetskom polju koje stvaraju i pojačavaju same te struje. Potrebni uslovi nastaju u jezgru Zemlje: u tekućem vanjskom jezgru, koje se sastoji uglavnom od gvožđa na temperaturi od oko 4-6 hiljada kelvina, koje savršeno provodi struju, stvaraju se konvektivni tokovi koji uklanjaju toplotu iz čvrstog unutrašnjeg jezgra (generisanu zbog do raspada radioaktivnih elemenata ili oslobađanja latentne toplote tokom skrućivanja materije na granici između unutrašnjeg i spoljašnjeg jezgra kako se planeta postepeno hladi). Coriolisove sile uvijaju ove tokove u karakteristične spirale, formirajući tzv. taylor stubovi. Zbog trenja slojeva, oni dobivaju električni naboj, formirajući struje petlje. Tako se stvara sistem struja koji cirkuliše duž provodnog kola u provodnicima koji se kreću u (u početku prisutnom, iako vrlo slabom) magnetnom polju, kao u Faradejevom disku. Stvara magnetno polje koje, uz povoljnu geometriju strujanja, pojačava početno polje, a ovo zauzvrat pojačava struju, a proces pojačanja se nastavlja sve do gubitaka zbog džulove toplote, koji rastu sa povećanjem struje, ravnoteže dotok energije zbog hidrodinamičkih kretanja.

Matematički je ovaj proces opisan diferencijalna jednadžba

∂ B ∂ t = η ∇ 2 B + ∇ × (u × B) (\displaystyle (\frac (\partial \mathbf (B) )(\partial t))=\eta \mathbf (\nabla) ^(2 )\mathbf (B) +\mathbf (\nabla ) \times (\mathbf (u) \times \mathbf (B))),

gdje u- brzina protoka tečnosti, B- magnetna indukcija , η = 1/μσ - magnetni viskozitet, σ je električna provodljivost tečnosti, a μ je magnetna permeabilnost, koja se praktično ne razlikuje za takve visoke temperature zrna od μ 0 - propusnost vakuuma.

Međutim, za puni opis potrebno je zapisati sistem magnetohidrodinamičkih jednačina. U Boussinesq aproksimaciji (unutar koje sve fizičke karakteristike pretpostavlja se da su tečnosti konstantne, osim Arhimedove sile, pri čijem proračunu se uzimaju u obzir promjene gustine zbog temperaturnih razlika) je:

Navier - Stokesova jednadžba koja sadrži članove koji izražavaju kombinovano djelovanje rotacije i magnetnog polja:

ρ 0 (∂ u ∂ t + u ⋅ ∇ u) = − ∇ P + ρ 0 ν ∇ 2 u + ρ g ¯ − 2 ρ 0 Ω × u + J × B (\displaystyle \rho _(0)\lijevo ((\frac (\partial \mathbf (u) )(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla) \mathbf (u) \right)=-\nabla \mathbf (P) +\rho _(0)\nu \mathbf (\nabla ) ^(2)\mathbf (u) +\rho (\bar (\mathbf (g) ))-2\rho _(0)\mathbf (\ Omega ) \times \mathbf (u) +\mathbf (J) \times \mathbf (B) ).

Jednačina–toplotna provodljivost, koja izražava zakon–očuvanja–energije:

∂ T ∂ t + u ⋅ ∇ T = κ ∇ 2 T + ϵ (\displaystyle (\frac (\partial T)(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla ) T=\ kappa \mathbf (\nabla ) ^(2)T+\epsilon ),

Proboj u tom pogledu su 1995. godine postigle grupe iz Japana i Sjedinjenih Država. Počevši od ovog trenutka, rezultati brojnih numeričkih simulacija na zadovoljavajući način reproduciraju kvalitativne karakteristike geomagnetskog polja u dinamici, uključujući preokrete.

Promjene u magnetskom polju Zemlje

To potvrđuje i trenutni porast ugla otvaranja kvržica (polarnih proreza u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dostigao 45°. Radijacijski materijal solarnog vjetra, međuplanetarnog prostora i kosmičke zrake, kao rezultat toga velika količina materije i energije, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja polarne kape [ ] .

Geomagnetske koordinate (koordinate McIlvine)

U fizici kosmičkih zraka široko se koriste specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po naučniku Carlu McIlwainu ( Carl McIlwain), koji je prvi predložio njihovu upotrebu, budući da se zasnivaju na invarijantama kretanja čestica u magnetskom polju. Tačku u dipolnom polju karakterišu dvije koordinate (L, B), gdje je L takozvana magnetna školjka, ili McIlwain parametar (eng. L-ljuska, L-vrijednost, McIlwain L-parametar), B je indukcija magnetskog polja (obično u G). Vrijednost L se obično uzima kao parametar magnetne ljuske, jednak omjeru prosječne udaljenosti stvarne magnetne ljuske od centra Zemlje u ravni geomagnetnog ekvatora i poluprečnika Zemlje. .

Research History

Prije nekoliko hiljada godina u Ancient China bilo je poznato da se magnetizirani objekti nalaze u određenom smjeru, posebno, igla kompasa uvijek zauzima određenu poziciju u prostoru. Zahvaljujući tome, čovječanstvo je dugo moglo koristiti takvu strelicu (kompas) za navigaciju otvorenim morem daleko od obale. Međutim, prije putovanja Kolumba iz Evrope u Ameriku (1492.) posebnu pažnju niko nije pokazao takav fenomen studiji, jer su naučnici tog vremena vjerovali da se javlja kao rezultat privlačenja strijele od strane Polarne zvijezde. U Evropi i morima koja ga okružuju, kompas je u to vrijeme bio postavljen gotovo duž geografskog meridijana. Prilikom prelaska Atlantik Kolumbo je primetio da je otprilike na pola puta između Evrope i Amerike igla kompasa odstupila za skoro 12° prema zapadu. Ova činjenica je odmah izazvala sumnje u ispravnost prethodne hipoteze o privlačenju strijele od strane Polarne zvijezde, dala je poticaj ozbiljnom proučavanju novog otvoreni fenomen: Navigatorima su bile potrebne informacije o Zemljinom magnetnom polju. Od tog trenutka je počela nauka o zemaljskom magnetizmu, počela su široko rasprostranjena mjerenja magnetne deklinacije, odnosno ugla između geografskog meridijana i ose magnetne igle, odnosno magnetskog meridijana. 1544. njemački naučnik Georg Hartman otkrio je novi fenomen: magnetna igla ne samo da odstupa od geografskog meridijana, već, budući da je visi uz centar gravitacije, teži da stoji pod određenim uglom u odnosu na horizontalnu ravninu, što se naziva magnetna inklinacija.

Od tog trenutka, uz proučavanje fenomena skretanja, naučnici su počeli proučavati i nagib magnetne igle. José de Acosta (jedan od osnivači geofizike, prema Humboldtu) u njegovom Priče(1590) prvi put se pojavila teorija četiri linije bez magnetne deklinacije. Opisao je upotrebu kompasa, ugao odstupanja, razlike između magnetskog i sjevernog pola, te fluktuaciju odstupanja od jedne do druge točke, identificirao mjesta s nultom devijacijom, na primjer, na Azorima.

Kao rezultat zapažanja, ustanovljeno je da i deklinacija i inklinacija imaju razna značenja in različite tačke zemljine površine. Istovremeno, njihove promjene od tačke do tačke pokoravaju se nekom složenom obrascu. Njeno istraživanje omogućilo je dvorskom liječniku engleske kraljice Elizabete i prirodnom filozofu Williamu Gilbertu da 1600. godine u svojoj knjizi "O magnetu" ("De Magnete") iznesu hipotezu da je Zemlja magnet čiji se polovi poklapaju. sa geografski polovi. Drugim riječima, W. Gilbert je vjerovao da je polje Zemlje slično polju magnetizirane sfere. W. Hilbert je svoju izjavu zasnovao na eksperimentu s modelom naše planete, koji je magnetizirana željezna kugla i mala željezna strijela. Glavni argument u prilog njegovoj hipotezi, Gilbert je vjerovao da se magnetska inklinacija mjerena na takvom modelu pokazala gotovo ista kao nagib uočen na površini zemlje. Hilbert je objasnio nesklad između Zemljine deklinacije i deklinacije na modelu skretanjem kontinenata na magnetsku iglu. Iako se mnoge kasnije utvrđene činjenice nisu poklapale s Hilbertovom hipotezom, ona do danas nije izgubila na značaju. Ispravnom se pokazala Hilbertova osnovna ideja da uzrok zemaljskog magnetizma treba tražiti unutar Zemlje, kao i činjenica da je, u prvom približavanju, Zemlja zaista veliki magnet, koji je jednoliko magnetizirana lopta.

Godine 1634. engleski astronom Henry Gellibrand?! otkrili da se magnetna deklinacija u Londonu mijenja s vremenom. Ovo je bio prvi zabilježeni dokaz sekularnih varijacija - redovitih (iz godine u godinu) promjena prosječnih godišnjih vrijednosti komponenti geomagnetnog polja.

Uglovi deklinacije i inklinacije određuju smjer u prostoru intenziteta Zemljinog magnetskog polja, ali ne mogu dati njegovu brojčanu vrijednost. Sve do kraja XVIII veka. mjerenja veličine intenziteta nisu vršena iz razloga što nisu bili poznati zakoni interakcije između magnetnog polja i magnetiziranih tijela. Tek nakon 1785-1789. Francuski fizičar Charles Coulomb uspostavio je zakon nazvan po njemu i pojavila se mogućnost takvih mjerenja. Od kraja 18. stoljeća, uz promatranje deklinacije i inklinacije, počela su rasprostranjena opažanja horizontalne komponente, a to je projekcija vektora jačine magnetskog polja na horizontalnu ravan (znajući deklinaciju i inklinaciju, može se izračunati i veličina vektora ukupne jačine magnetnog polja).

Prvi teorijski rad o tome šta čini Zemljino magnetsko polje, odnosno kolika je veličina i pravac njegovog intenziteta u svakoj tački na zemljinoj površini, pripada njemačkom matematičaru Karlu Gausu. Godine 1834. dao je matematički izraz za komponente napetosti kao funkciju koordinata - geografsku širinu i dužinu mjesta posmatranja. Koristeći ovaj izraz, moguće je za svaku tačku na zemljinoj površini pronaći vrijednosti bilo koje komponente koja se naziva elementima Zemljinog magnetizma. Ovaj i drugi Gaussovi radovi postali su temelj na kojem se gradi zdanje moderne nauke o zemaljskom magnetizmu. Konkretno, 1839. dokazao je da glavni dio magnetskog polja izlazi iz Zemlje, a uzrok malih, kratkih odstupanja u njegovim vrijednostima treba tražiti u spoljašnje okruženje.

Godine 1831. engleski polarni istraživač John Ross otkrio je sjeverni magnetni pol u kanadskom arhipelagu - područje gdje magnetna igla zauzima okomit položaj, odnosno nagib je 90 °. A 1841. James Ross (nećak Johna Rossa) stigao je do drugog magnetnog pola Zemlje, koji se nalazi na Antarktiku.

vidi takođe

Intermagnet (engleski)

Bilješke

Naučnici u SAD-u otkrili su da je Zemljino magnetsko polje 700 miliona godina starije nego što se mislilo
Edward Kononovich. Magnetno polje Zemlje (neodređeno) . http://www.krugosvet.ru/. Enciklopedija oko svijeta: Univerzalna popularna naučna online enciklopedija. Pristupljeno 26.04.2017.
Geomagnetizam Često postavljana pitanja(engleski) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. Nacionalni centri za informacije o životnoj sredini (NCEI). Pristupljeno 23. aprila 2017.
A. I. Dyachenko. Magnetski polovi Zemlje. - Moskva: Izdavačka kuća Moskovskog centra za kontinuirano matematičko obrazovanje, 2003. - 48 str. - ISBN 5-94057-080-1.
A. V. Vikulin. VII. Geomagnetno polje i elektromagnetizam Zemlje// Uvod u fiziku Zemlje. Tutorial za geofizičke specijalnosti univerziteta.. - Izdavačka kuća države Kamčatka Pedagoški univerzitet, 2004. - 240 str. - ISBN 5-7968-0166-X.

Struktura i karakteristike Zemljinog magnetnog polja

Na maloj udaljenosti od Zemljine površine, oko tri njena poluprečnika, linije magnetnog polja imaju raspored poput dipola. Ovo područje se zove plazmasfera Zemlja.

Kako se udaljavate od Zemljine površine, efekat sunčevog vjetra se povećava: sa strane Sunca, geomagnetno polje je komprimirano, a sa suprotne, noćne strane, uvučeno u dugi "rep".

plazmasfera

Primjetan utjecaj na magnetsko polje na površini Zemlje imaju struje u jonosferi. Ovo je područje gornjeg sloja atmosfere koje se proteže na visinama od oko 100 km i više. Sadrži veliki broj jona. Plazmu drži Zemljino magnetno polje, ali njeno stanje je određeno interakcijom Zemljinog magnetnog polja sa sunčevim vjetrom, što objašnjava vezu magnetskih oluja na Zemlji sa sunčevim bakljama.

Opcije polja

Tačke na Zemlji u kojima jačina magnetnog polja ima vertikalni smjer nazivaju se magnetni polovi. Na Zemlji postoje dvije takve tačke: sjeverni magnetni pol i južni magnetni pol.

Prava linija koja prolazi kroz magnetne polove naziva se Zemljina magnetna osa. Obim velikog kruga u ravni koja je okomita na magnetsku osu naziva se magnetski ekvator. Vektor magnetskog polja u tačkama magnetnog ekvatora ima približno horizontalni pravac.

Zemljino magnetsko polje karakteriziraju poremećaji koji se nazivaju geomagnetne pulsacije zbog pobuđivanja hidromagnetnih valova u Zemljinoj magnetosferi; frekvencijski opseg talasa se proteže od miliherca do jednog kiloherca.

magnetni meridijan

Magnetski meridijani su projekcije linija sile Zemljinog magnetskog polja na njenu površinu; složene krive koje konvergiraju na sjevernom i južnom magnetnom polu Zemlje.

Hipoteze o prirodi Zemljinog magnetnog polja

AT novije vrijeme Razvijena je hipoteza koja povezuje pojavu Zemljinog magnetnog polja sa protokom struja u jezgru od tečnog metala. Procjenjuje se da se zona u kojoj djeluje mehanizam "magnetnog dinamo" nalazi na udaljenosti od 0,25-0,3 polumjera Zemlje. Sličan mehanizam stvaranja polja može se odvijati i na drugim planetama, posebno u jezgrima Jupitera i Saturna (prema nekim pretpostavkama, oni se sastoje od tekućeg metalnog vodonika).

Promjene u magnetskom polju Zemlje

To potvrđuje i trenutni porast ugla otvaranja kvržica (polarnih proreza u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dostigao 45°. Radijacijski materijal Sunčevog vjetra, međuplanetarnog prostora i kosmičkih zraka sjurio se u proširene praznine, uslijed čega veća količina materije i energije ulazi u polarne regije, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja polarnih kapa.

Geomagnetske koordinate (McIlwain koordinate)

U fizici kosmičkih zraka široko se koriste specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po naučniku Carlu McIlwainu ( Carl McIlwain), koji je prvi predložio njihovu upotrebu, budući da se zasnivaju na invarijantama kretanja čestica u magnetskom polju. Tačku u dipolnom polju karakterišu dvije koordinate (L, B), gdje je L takozvana magnetna školjka, ili McIlwain parametar (eng. L-ljuska, L-vrijednost, McIlwain L-parametar ), B je indukcija magnetskog polja (obično u G). Vrijednost L se obično uzima kao parametar magnetne ljuske, jednak omjeru prosječne udaljenosti stvarne magnetne ljuske od centra Zemlje u ravni geomagnetnog ekvatora i poluprečnika Zemlje. .

Research History

Sposobnost magnetiziranih objekata da se lociraju u određenom smjeru Kinezima je bila poznata prije nekoliko milenijuma.

Godine 1544. njemački naučnik Georg Hartmann otkrio je magnetsku inklinaciju. Magnetni nagib je ugao pod kojim strelica pod uticajem Zemljinog magnetnog polja odstupa od horizontalne ravni gore ili dole. Na hemisferi sjeverno od magnetskog ekvatora (koja se ne poklapa sa geografskim ekvatorom), sjeverni kraj strelice odstupa prema dolje, na južnom - obrnuto. Na samom magnetnom ekvatoru, linije magnetnog polja su paralelne sa Zemljinom površinom.

Po prvi put pretpostavku o prisustvu Zemljinog magnetnog polja, koje uzrokuje takvo ponašanje magnetiziranih objekata, iznio je engleski doktor i prirodni filozof William Gilbert. William Gilbert) 1600. godine u svojoj knjizi "O magnetu" ("De Magnete"), u kojoj je opisao eksperiment sa kuglom magnetne rude i malom željeznom strijelom. Gilbert je došao do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Zapažanja engleskog astronoma Henryja Gelibranda Henry Gellibrand) pokazalo je da geomagnetno polje nije konstantno, već se sporo mijenja.

Ugao pod kojim magnetna igla odstupa od pravca sever-jug naziva se magnetna deklinacija. Kristofor Kolumbo je otkrio da magnetna deklinacija ne ostaje konstantna, već se mijenja s promjenom. geografske koordinate. Otkriće Kolumba poslužilo je kao poticaj za novo proučavanje Zemljinog magnetnog polja: pomorcima su bile potrebne informacije o tome. Ruski naučnik M. V. Lomonosov 1759. godine u izveštaju „Razgovor o visokoj tačnosti morski put” je dao vrijedne savjete kako povećati tačnost očitavanja kompasa. Za proučavanje zemaljskog magnetizma, M. V. Lomonosov je preporučio organizovanje mreže stalnih tačaka (opservatorija) u kojima bi se vršila sistematska magnetska posmatranja; takva zapažanja bi se trebala široko provoditi i na moru. Lomonosovljeva ideja o organizovanju magnetnih opservatorija ostvarena je tek 60 godina kasnije u Rusiji.

Godine 1831., engleski polarni istraživač John Ross otkrio je magnetni pol u kanadskom arhipelagu - područje gdje magnetna igla zauzima vertikalni položaj, odnosno nagib je 90 °. Godine 1841. James Ross (nećak Johna Rossa) stigao je do drugog magnetnog pola Zemlje, koji se nalazi na Antarktiku.

Carl Gauss (njemački) Carl Friedrich Gauss) iznio je teoriju o nastanku Zemljinog magnetnog polja i 1839. dokazao da njegov glavni dio izlazi iz Zemlje, a uzrok malih, kratkih odstupanja njegovih vrijednosti treba tražiti u vanjskom okruženju.

vidi takođe

intermagnet ( engleski)

Bilješke

Književnost

Sivukhin D.V. Opšti kurs fizike. - Ed. 4., stereotipno. - M.: Fizmatlit; Izdavačka kuća MIPT, 2004. - Tom III. Struja. - 656 str. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.
Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Referentna knjiga elementarne fizike. - M.: Nauka, 1976.
N. V. Koronovsky Magnetno polje geološke prošlosti Zemlje. Soros Educational Journal, N5, 1996, str. 56-63

Linkovi

Karte pomaka Zemljinih magnetnih polova za period od 1600. do 1995.

Ostale povezane informacije

Preokreti magnetnog polja u geološkoj istoriji Zemlje
Utjecaj obrnutog magnetskog polja na klimu i evoluciju života na Zemlji

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte šta je "Magnetno polje Zemlje" u drugim rječnicima:

Na distancu? 3R= (R= poluprečnik Zemlje) približno odgovara polju jednoliko magnetizovane lopte jačine polja? 55 7 A/m (0,70 Oe) na magnetnim polovima Zemlje i 33,4 A/m (0,42 Oe) na magnetnom ekvatoru. Na udaljenosti od 3R, magnetsko polje ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

prostor okolo globus, u kojem se otkriva moć zemaljskog magnetizma. Zemljino magnetsko polje karakteriziraju vektor snage, magnetska inklinacija i magnetna deklinacija. Edwart. Eksplanatorni pomorski rječnik, 2010 ... Marine Dictionary

Prema modernim konceptima, formiran je prije oko 4,5 milijardi godina i od tog trenutka je naša planeta okružena magnetnim poljem. Sve na Zemlji, uključujući ljude, životinje i biljke, je pogođeno njime.

Magnetno polje se proteže do visine od oko 100.000 km (slika 1). On odbija ili hvata čestice solarnog vjetra koje su štetne za sve žive organizme. Ove naelektrisane čestice se formiraju radijacijski pojas Zemlja, i čitava oblast blizu Zemlje u kojoj se nalaze se naziva magnetosfera(Sl. 2). Na strani Zemlje koja je obasjana Suncem, magnetosfera je omeđena sferičnom površinom poluprečnika od oko 10-15 Zemljinih radijusa, a na suprotnoj strani je izdužena poput repa komete do udaljenosti do nekoliko hiljada Zemljini radijusi, koji formiraju geomagnetski rep. Magnetosfera je odvojena od međuplanetarnog polja prelaznim područjem.

Zemljini magnetni polovi

Osa zemljinog magneta je nagnuta u odnosu na osu rotacije zemlje za 12°. Nalazi se oko 400 km od centra Zemlje. Tačke u kojima ova osa seče površinu planete su magnetni polovi. Magnetni polovi Zemlje se ne poklapaju sa pravim geografskim polovima. Trenutno su koordinate magnetnih polova sljedeće: sjever - 77 ° N.L. i 102° W; južni - (65 ° S i 139 ° E).

Rice. 1. Struktura Zemljinog magnetnog polja

Rice. 2. Struktura magnetosfere

Linije sile koje idu od jednog do drugog magnetnog pola nazivaju se magnetni meridijani. Između magnetskog i geografskog meridijana formira se ugao tzv magnetna deklinacija. Svako mjesto na Zemlji ima svoj vlastiti ugao deklinacije. U Moskovskoj oblasti, ugao deklinacije je 7° na istok, au Jakutsku oko 17° na zapad. To znači da sjeverni kraj kompasa u Moskvi odstupa za T udesno od geografskog meridijana koji prolazi kroz Moskvu, au Jakutsku - za 17 ° lijevo od odgovarajućeg meridijana.

Slobodno viseća magnetna igla nalazi se vodoravno samo na liniji magnetskog ekvatora, koja se ne poklapa s geografskom. Ako se krećete sjeverno od magnetskog ekvatora, tada će sjeverni kraj strelice postepeno pasti. Ugao koji formira magnetna igla i horizontalnoj ravni, zvao magnetni nagib. Na sjevernom i južnom magnetnom polu magnetska inklinacija je najveća. To je jednako 90°. Na sjevernom magnetnom polu, slobodno ovješena magnetna igla će biti postavljena okomito sa sjevernim krajem nadole, a na južnom magnetnom polu, njen južni kraj će se spustiti. Dakle, magnetna igla pokazuje smjer linija magnetnog polja iznad površine zemlje.

Vremenom se menja položaj magnetnih polova u odnosu na površinu zemlje.

Magnetski pol otkrio je istraživač James C. Ross 1831. godine, stotinama kilometara od njegove trenutne lokacije. U prosjeku se kreće 15 km godišnje. AT poslednjih godina brzina kretanja magnetnih polova se dramatično povećala. Na primjer, Sjeverni magnetni pol trenutno se kreće brzinom od oko 40 km godišnje.

Preokret Zemljinih magnetnih polova se naziva inverzija magnetnog polja.

Tokom geološke istorije naše planete, Zemljino magnetno polje je promenilo svoj polaritet više od 100 puta.

Magnetno polje karakteriše intenzitet. Na nekim mjestima na Zemlji, linije magnetnog polja odstupaju od normalnog polja, stvarajući anomalije. Na primjer, u području Kurske magnetske anomalije (KMA), jačina polja je četiri puta veća od normalne.

Postoje dnevne promjene u magnetskom polju Zemlje. Razlog za ove promjene Zemljinog magnetskog polja su električne struje koje teku u atmosferi za velika visina. Oni se nazivaju sunčevo zračenje. Pod dejstvom sunčevog vetra, Zemljino magnetno polje se iskrivljuje i dobija „rep“ u pravcu od Sunca koji se proteže stotinama hiljada kilometara. Glavni razlog za pojavu solarnog vjetra, kao što već znamo, jesu grandiozno izbacivanje materije iz korone Sunca. Kada se kreću prema Zemlji, pretvaraju se u magnetne oblake i dovode do jakih, ponekad ekstremnih poremećaja na Zemlji. Posebno jake perturbacije Zemljinog magnetnog polja - magnetne oluje. Neke magnetne oluje počinju neočekivano i gotovo istovremeno širom Zemlje, dok se druge razvijaju postepeno. Mogu trajati satima ili čak danima. Često se magnetske oluje dešavaju 1-2 dana nakon sunčeve baklje zbog prolaska Zemlje kroz mlaz čestica koje je izbacilo Sunce. Na osnovu vremena kašnjenja, brzina takvog korpuskularnog toka se procjenjuje na nekoliko miliona km/h.

Tokom jakih magnetnih oluja, normalan rad telegrafa, telefona i radija je poremećen.

Magnetne oluje se često primećuju na geografskoj širini od 66-67° (u zoni aurore) i javljaju se istovremeno sa aurorama.

Struktura Zemljinog magnetnog polja varira u zavisnosti od geografske širine područja. Permeabilnost magnetnog polja se povećava prema polovima. Iznad polarnih područja, linije magnetnog polja su manje-više okomite na površinu zemlje i imaju konfiguraciju u obliku lijevka. Preko njih dio sunčevog vjetra sa dnevne strane prodire u magnetosferu, a zatim u gornju atmosferu. Čestice sa repa magnetosfere jure ovamo tokom magnetnih oluja, dostižući granice gornje atmosfere na visokim geografskim širinama severnog i Južne hemisfere. Upravo te nabijene čestice uzrokuju aurore ovdje.

Dakle, magnetne oluje i dnevne promjene magnetnog polja objašnjavaju se, kao što smo već saznali, sunčevim zračenjem. Ali koji je glavni razlog koji stvara trajni magnetizam Zemlje? Teoretski, bilo je moguće dokazati da je 99% Zemljinog magnetnog polja uzrokovano izvorima skrivenim unutar planete. Glavno magnetsko polje nastaje zbog izvora koji se nalaze u dubinama Zemlje. Oni se mogu grubo podijeliti u dvije grupe. Većina njih je povezana sa procesima u Zemljinom jezgru, gde se usled neprekidnog i pravilnog kretanja elektroprovodljive supstance stvara sistem električne struje. Drugi je povezan sa činjenicom da stene zemljine kore, magnetiziran glavnim električno polje(polje jezgra), stvaraju svoje magnetno polje, koje se dodaje magnetskom polju jezgra.

Pored magnetnog polja oko Zemlje, postoje i druga polja: a) gravitaciona; b) električni; c) termičke.

Gravitaciono polje Zemlja se zove gravitaciono polje. Usmjeren je duž viska okomito na površinu geoida. Da Zemlja ima elipsoid okretanja i da su mase u njemu ravnomjerno raspoređene, tada bi imala normalno gravitacijsko polje. Razlika između intenziteta realnog gravitacionog polja i teoretskog je anomalija gravitacije. Drugačije sastav materijala, gustina stijena uzrokuje ove anomalije. Ali mogući su i drugi razlozi. Oni se mogu objasniti sljedećim procesom - ravnotežom čvrste i relativno lagane zemljine kore na težem gornjem plaštu, gdje se izjednačava pritisak gornjih slojeva. Ove struje uzrokuju tektonske deformacije, pomicanje litosferskih ploča i na taj način stvaraju Zemljin makroreljef. Gravitacija drži atmosferu, hidrosferu, ljude, životinje na Zemlji. Sila gravitacije mora se uzeti u obzir prilikom proučavanja procesa u geografska omotnica. Pojam " geotropizam”nazivaju pokreti rasta biljnih organa, koji pod utjecajem sile gravitacije uvijek obezbjeđuju vertikalni smjer rasta primarnog korijena okomito na površinu Zemlje. Gravitaciona biologija koristi biljke kao eksperimentalne objekte.

Ako se ne uzme u obzir gravitacija, nemoguće je izračunati početne podatke za lansiranje raketa i svemirski brodovi, vrše gravimetrijska istraživanja rudnih minerala i, konačno, nemoguće dalji razvoj astronomija, fizika i druge nauke.