Fizika magnetskog polja Zemlje. Teorija Zemljinog magnetskog polja: mehanizam nastanka, struktura, magnetske oluje, repolarizacija

Rad iz fizike

Učenica 10. razreda A

škola br.1202

Kruglova Egor

Magnetsko polje

U 19. stoljeću otkrivena je veza između elektriciteta i magnetizma i nastala je ideja o magnetskom polju. Prema modernim konceptima, vodiči s strujom djeluju silom jedan na drugoga ne izravno, već kroz magnetska polja koja ih okružuju.

Izvori magnetsko polje kreću se električni naboji (struje). U prostoru koji okružuje vodiče kroz koje teče struja nastaje magnetsko polje, kao što se električno polje javlja u prostoru koji okružuje stacionarne električne naboje. Magnetsko polje permanentnih magneta stvaraju i električne mikrostruje koje kolaju unutar molekula tvari (Ampereova hipoteza).

Za opis magnetskog polja potrebno je uvesti karakteristiku jakosti polja sličnu vektoru jakosti električnog polja. Takva karakteristika je vektor magnetske indukcije koji određuje sile koje djeluju na struje ili pokretne naboje u magnetskom polju.

Za pozitivan smjer vektora uzima se smjer od južnog pola S prema sjevernom polu N magnetske igle, koja je slobodno postavljena u magnetskom polju. Dakle, ispitivanjem magnetskog polja koje stvara struja ili stalni magnet pomoću male magnetske igle, moguće je u svakoj točki prostora

Da bi se magnetsko polje kvantitativno opisalo, potrebno je naznačiti metodu za određivanje ne samo smjera vektora nego i njegove veličine.

Veličina vektora magnetske indukcije jednaka je omjeru maksimalna vrijednost Amperova sila koja djeluje na ravni vodič s strujom, na jakost struje ja u vodiču i njegovu duljinu Δ l :

Taj se odnos obično naziva Amperov zakon.

U SI sustavu jedinica jedinica magnetske indukcije uzima se indukcija takvog magnetskog polja u kojem za svaki metar duljine vodiča pri jakosti struje od 1 A maksimalna snaga Amper 1 N. Ova jedinica se naziva tesla (T).

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

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

Pravilo lijeve ruke i pravilo gimleta.

Linije polja magnetske indukcije trajni magnet i strujne zavojnice

Referenca

Gauss ( Ruska oznaka Gf, međunarodno - G) - mjerna jedinica magnetske indukcije u GHS sustavu. Ime je dobio po njemačkom fizičaru i matematičaru Carlu Friedrichu Gaussu.

1 G = 100 µT;

1 T = 104 Gs.

Može se izraziti kroz osnovne mjerne jedinice CGS sustava na sljedeći način: 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1.

Iskustvo

Izvor: udžbenici fizike o magnetizmu, kolegij Berkeley.

Tema: m magnetska polja u materiji.

Cilj: shvatiti kako razne tvari reagiraju na magnetsko polje.

Zamislimo neke eksperimente s vrlo jakim poljem. Pretpostavimo da smo napravili solenoid sa unutarnji promjer 10 cm i 40 cm dužine.

1. Dizajn zavojnice koji stvara jako magnetsko polje. prikazano poprečni presjek namota kroz koje teče rashladna voda. 2. Krivulja magnitude polja B 2 na osi zavojnice.

Vanjski promjer mu je 40 cm i većina prostor je ispunjen bakrenim namotom. Takva zavojnica će osigurati konstantno polje od 30.000 gs u centru, ako do njega dovedete 400 kW električne energije i opskrbe vodom oko 120 l u minuti za uklanjanje topline.

Ovi konkretni podaci daju se kako bi se pokazalo da je uređaj, iako nije ništa posebno, još uvijek prilično respektabilan laboratorijski magnet.

Magnituda polja u središtu magneta je otprilike 10 5 puta veća od Zemljinog magnetskog polja i vjerojatno 5 ili 10 puta jače od polja u blizini bilo koje magnetske željezne šipke ili potkovičastog magneta!

U blizini središta solenoida, polje je prilično jednoliko i smanjuje se približno za pola na osi blizu krajeva zavojnice.

zaključke

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

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

A istovremeno je 5-10 puta snažniji od konvencionalnog trajnog magneta.

Prosječna jakost zemljinog polja na površini je oko 0,5 Oe (5,10 -5 Tesla)

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

Istodobno, dobro reagira na zemljino polje ili njegove anomalije pri najmanjoj promjeni položaja. Što to znači?

Prije svega, o očito podcijenjenoj brojci indukcije zemljinog magnetskog polja - to jest, ne o samoj indukciji, već o načinu na koji je mjerimo.

Mjerimo reakciju okvira na struju, kut njegove rotacije u zemljinom magnetskom polju.

Svaki magnetometar izgrađen je na principu mjerenja ne izravno, već neizravno:

Samo po prirodi promjene vrijednosti napetosti;

Samo na površini zemlje, u njenoj blizini u atmosferi iu bliskom svemiru.

Ne znamo izvor polja s određenim maksimumom. Mjerimo samo razliku u jakosti polja razne točke, a gradijent intenziteta se ne mijenja previše s visinom. Nema matematičkih izračuna za određivanje maksimuma pri korištenju klasični pristup oni ne rade ovdje.

Djelovanje magnetskog polja - pokusi

Poznato je da čak i jaka magnetska polja nemaju praktički nikakav učinak na kemijske i biokemijski procesi. Možete staviti svoju ruku (bez sata!) u solenoid s poljem od 30 kgf bez ikakvih vidljivih posljedica. 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 uzgajane su i odgajane u jakim magnetskim poljima koja nisu imala zamjetan učinak na njih. Drugi biološki eksperimenti također nisu otkrili značajne magnetske učinke na biološke procese.

Važno je zapamtiti!

Bilo bi pogrešno pretpostaviti da slabi učinci uvijek prolaze bez posljedica. Takvo razmišljanje moglo bi dovesti do zaključka da gravitacija nema energetski značaj na molekularnoj razini, ali da drveće na obroncima ipak raste okomito. Objašnjenje, očito, leži u ukupnoj sili koja djeluje na biološki objekt čije su dimenzije puno veće od dimenzija molekule. Doista, sličan fenomen ("tropizam") eksperimentalno je dokazan u slučaju klijanaca koje rastu u prisutnosti vrlo nejednolikog magnetskog polja.

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

U interakciji s materijom, uloge magnetskog i električnog polja su različite. Budući da su atomi i molekule sastavljeni od sporo pokretnih električnih naboja, električne sile u molekularnim procesima dominiraju nad magnetskim.

zaključke

Utjecaj magnetskog polja takvog magneta na biološke objekte nije ništa više od uboda komarca. Bilo koje Živo biće ili je biljka stalno izložena zemaljski magnetizam mnogo jače.

Stoga se učinak krivo izmjerenog polja ne primjećuje.

Izračuni

1 gauss=1 10 -4 tesla.

Zatezna jedinica geomagnetsko polje(T) u C sustavu je amper po metru (A/m). Druga jedinica, Oersted (E) ili gama (G), jednaka 10 -5 Oe, također se koristila u magnetskoj prospekciji. Međutim, praktično mjeren parametar magnetskog polja je magnetska indukcija (ili gustoća magnetskog toka). Jedinica magnetske indukcije u C sustavu je tesla (T). U magnetskoj prospekciji koristi se manja jedinica nanotesla (nT), jednaka 10 -9 Tesla. Budući da za većinu okruženja u kojima se proučava magnetsko polje (zrak, voda, velika većina nemagnetskih sedimentne stijene), tada se Zemljino magnetsko polje može kvantitativno mjeriti ili u jedinicama magnetske indukcije (u nT), ili u odgovarajućoj jakosti polja - gama.

Na slici je prikazana ukupna jakost Zemljinog magnetskog polja za epohu 1980. T izolinije su povučene kroz 4 μT (iz knjige "Geophysical methods in regional geology" P. Sharma).

Tako

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

Na taj je način suvremena znanost geomagnetizma odavno napustila osnovni princip magnetizma, dva magneta postavljena ravno jedan na drugom teže spajanju sa suprotnim polovima.

Odnosno, sudeći po posljednjoj frazi na ekvatoru ne postoji sila (vertikalna komponenta) koja privlači magnet prema zemlji! Koliko god da je odbojno!

Ne privlače li se ova dva magneta? Odnosno, ne postoji sila privlačenja, ali postoji sila napetosti? gluposti!

Ali na polovima s ovim rasporedom magneta postoji, ali vodoravna sila nestaje.

Štoviše, razlika je samo 2 puta između ovih komponenti!

Jednostavno uzmemo dva magneta i pazimo da se u tom položaju magnet prvo razvija, a zatim privlači. JUŽNI POL do SJEVERNOG POLA!

Ovi globalni modeli - poput Međunarodnog geomagnetskog referentnog polja (IGRF) i Svjetski magnetski model (WMM)- kreiraju različite međunarodne geofizičke organizacije, a svakih 5 godina odobravaju se i objavljuju ažurirani skupovi Gaussovih koeficijenata koji određuju sve podatke o stanju geomagnetskog polja i njegovim parametrima. Dakle, prema modelu WMM2015, sjeverni geomagnetski pol (u suštini ovo Južni pol magnet) ima koordinate 80,37° N. w. i 72,62° Z. d., južni geomagnetski pol - 80,37° juž. zemljopisne širine, 107,38° istočno. d., nagib osi dipola u odnosu na os rotacije Zemlje je 9,63°.

Polja svjetskih anomalija

Stvaran električni vodovi Zemljino magnetsko polje, iako u prosjeku blizu linija dipolnog polja, razlikuje se od njih po lokalnim nepravilnostima povezanim s prisutnošću magnetiziranih stijena u kori koja se nalaze blizu površine. Zbog toga se na nekim mjestima Zemljina površina Parametri polja uvelike se razlikuju od vrijednosti u obližnjim područjima, tvoreći takozvane magnetske anomalije. Mogu se međusobno preklapati ako magnetizirana tijela koja ih uzrokuju leže na različitim dubinama.

Postojanje magnetskih polja proširenih lokalnih područja vanjskih ljuski dovodi do činjenice da pravi magnetski polovi- točke (ili bolje rečeno mala područja) u kojima su linije magnetskog polja apsolutno okomite - ne podudaraju se s geomagnetskim i ne leže na samoj površini Zemlje, već ispod nje. Koordinate magnetskih polova u određenom trenutku također se izračunavaju u okviru različitih modela geomagnetskog polja pronalaženjem svih koeficijenata u Gaussovom nizu iterativnom metodom. Dakle, prema trenutnom modelu WMM, 2015. godine sjeverni magnetski pol nalazio se na 86° N. zemljopisna širina, 159°w. duž., a južna - 64° J. širina, 137° istočno. Vrijednosti trenutnog modela IGRF12 malo su drugačije: 86,3° N. zemljopisna širina, 160°w. duga, za sjeverni pol, 64,3° južno. širine, 136,6° E za juž.

Odnosno, magnetska os- pravac koji prolazi kroz magnetske polove ne prolazi središtem Zemlje i nije njezin promjer.

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

Vanjsko magnetsko polje

Određen je izvorima u obliku strujnih sustava smještenih izvan zemljine površine u njezinoj atmosferi. U gornjem dijelu atmosfere (100 km i više) - ionosferi - njezine molekule su ionizirane, tvoreći plazmu, stoga se ovaj dio Zemljine magnetosfere, koji se proteže na udaljenosti do tri njezina radijusa, naziva plazmosfera. Plazmu drži Zemljino magnetsko polje, ali njeno stanje je određeno interakcijom sa Sunčevim vjetrom – protokom plazme Sunčeve korone.

Dakle, na većoj udaljenosti od Zemljine površine, magnetsko polje je asimetrično, jer se iskrivljuje pod utjecajem solarni vjetar: sa strane Sunca se skuplja, au smjeru od Sunca dobiva "trag" koji se proteže stotinama tisuća kilometara, nadilazeći Mjesečevu orbitu. Ovaj osebujni oblik "repa" nastaje kada plazma Sunčevog vjetra i solarni korpuskularni tokovi teku oko Zemljine površine. magnetosfera- područje svemira blizu Zemlje, koje još uvijek kontrolira magnetsko polje Zemlje, a ne Sunce i drugi međuplanetarni izvori; odvojen je od međuplanetarnog prostora magnetopauza, gdje je dinamički pritisak Sunčevog vjetra uravnotežen pritiskom vlastitog magnetskog polja. Subsolarna točka magnetosfere je u prosjeku udaljena 10 polumjer zemlje * R⊕ ; kod slabog solarnog vjetra ta udaljenost doseže 15-20 R⊕, au razdobljima magnetskih poremećaja na Zemlji magnetopauza može prijeći geostacionarnu orbitu (6,6 R⊕). Izduženi rep na noćnoj strani ima promjer od oko 40 R⊕ i duljinu veću od 900 R⊕; počevši od udaljenosti od oko 8 R⊕, podijeljen je na dijelove ravnim neutralnim slojem u kojem je indukcija polja blizu nule.

Zbog specifične konfiguracije indukcijskih linija, geomagnetsko polje stvara magnetsku zamku za nabijene čestice – protone i elektrone. Hvata i zadržava ogroman broj njih, pa je magnetosfera svojevrsni spremnik nabijenih čestica. Njihova ukupna masa, prema različitim procjenama, kreće se od 1 kg do 10 kg. Oni tvore tzv radijacijski pojas, prekrivajući Zemlju sa svih strana osim cirkumpolarne regije. Konvencionalno je podijeljen na dva - unutarnji i vanjski. Donja granica unutarnjeg pojasa je na nadmorskoj visini od oko 500 km, njegova debljina je nekoliko tisuća kilometara. Vanjski pojas nalazi se na nadmorskoj visini od 10-15 tisuća km. Čestice radijacijskog pojasa, pod utjecajem Lorentzove sile, djeluju složeno periodična kretanja sa sjeverne hemisfere na južnu hemisferu i natrag, dok se istovremeno polako kreće oko Zemlje po azimutu. Ovisno o energiji koju izvode puni okret oko Zemlje u vremenu od nekoliko minuta do jednog dana.

Magnetosfera ne dopušta strujama da se približe zemlji kozmičke čestice. Međutim, u njegovom repu, na velikim udaljenostima od Zemlje, intenzitet geomagnetskog polja, a time i njegova zaštitna svojstva, su oslabljeni, a neke čestice solarne plazme mogu ući u magnetosferu i magnetske zamke radijacijskih pojaseva. Rep tako služi kao mjesto za stvaranje tokova taložnih čestica, uzrokujući aurore i auroralne struje. U polarnim područjima dio toka solarne plazme prodire u gornje slojeve atmosfere iz Zemljinog radijacijskog pojasa i sudarajući se s molekulama kisika i dušika pobuđuje ih ili ionizira, a kada se vrate u nepobuđeno stanje, atomi kisika emitiraju fotone s λ = 0,56 µm i λ = 0,63 µm, dok ionizirane molekule dušika pri rekombinaciji ističu plavu i ljubičastu vrpcu spektra. Istodobno se opažaju polarne svjetlosti, posebno dinamične i svijetle tijekom magnetskih oluja. Nastaju tijekom poremećaja u magnetosferi uzrokovanih povećanjem gustoće i brzine Sunčevog vjetra s povećanom Sunčevom aktivnošću.

Opcije polja

Vizualni prikaz položaja linija magnetske indukcije Zemljinog polja daje magnetska igla, fiksirana na takav način da se može slobodno okretati oko okomite i horizontalne osi (na primjer, u kardanskom ovjesu) - u svakoj točki blizu Zemljine površine postavljen je na određeni način duž ovih linija.

Budući da se magnetski i zemljopisni pol ne poklapaju, magnetska igla samo približno pokazuje smjer od sjevera prema jugu. Okomita ravnina u kojoj je ugrađena magnetska igla naziva se ravnina magnetskog meridijana određenog mjesta, a linija po kojoj ta ravnina siječe površinu Zemlje naziva se magnetski meridijan. Dakle, magnetski meridijani su projekcije linija magnetskog polja Zemlje na njezinu površinu, koje se spajaju na sjevernom i južnom magnetskom polu. Kut između smjerova magnetskog i zemljopisnog meridijana naziva se magnetska deklinacija. Može biti zapadni (često označen s "-") ili istočni (označen s "+"), ovisno o tome odstupa li sjeverni pol magnetske igle prema zapadu ili istoku od okomite ravnine geografskog meridijana.

Nadalje, linije magnetskog polja Zemlje, općenito govoreći, nisu paralelne s njezinom površinom. To znači da magnetska indukcija Zemljinog polja ne leži u ravnini horizonta određenog mjesta, već čini određeni kut s tom ravninom - tzv. magnetska inklinacija. Blizu je nule samo u točkama magnetski ekvator- velika kružnica u ravnini koja je okomita na magnetsku os.

Magnetska deklinacija i magnetska inklinacija određuju smjer magnetske indukcije Zemljinog polja na svakom određenom mjestu. A brojčana vrijednost ove količine može se pronaći poznavanjem nagiba i jedne od projekcija vektora magnetske indukcije B (\displaystyle \mathbf (B) )- na okomitoj ili vodoravnoj osi (potonji se u praksi pokazao prikladnijim). Dakle, ova tri parametra su magnetska deklinacija, inklinacija i veličina vektora magnetske indukcije B (ili vektora jakosti magnetskog polja H (\displaystyle \mathbf (H) )) - potpuno okarakterizirati geomagnetsko polje na određenom mjestu. Njihovo točno znanje za maksimum veliki broj točaka na Zemlji iznimno je važno. Izrađuju se posebne magnetske kartice na kojima izogoni(crte iste deklinacije) i izokline(crte jednakog nagiba) potrebne za orijentaciju pomoću kompasa.

U prosjeku, intenzitet Zemljinog magnetskog polja kreće se od 25 000 do 65 000 nT (0,25 - 0,65 G) i jako ovisi o geografska lokacija. To odgovara prosječnoj jakosti polja od oko 0,5 (40 /) . Na magnetskom ekvatoru njegova je vrijednost oko 0,34, na magnetskim polovima oko 0,66 Oe. magnetske anomalije) intenzitet naglo raste: u području Kurske magnetske anomalije doseže 2 Oe.

Priroda Zemljinog magnetskog polja

Po prvi put, J. Larmore je 1919. pokušao objasniti postojanje magnetskih polja Zemlje i Sunca, predloživši koncept dinama, prema kojem se održavanje magnetskog polja nebeskog tijela događa pod utjecajem hidrodinamičkog gibanja medija koji vodi električnu energiju. Međutim, 1934. god T. Cowling dokazao je teorem o nemogućnosti održavanja osnosimetričnog magnetskog polja kroz hidrodinamički dinamo mehanizam. A budući da je većina onih proučavanih nebeska tijela(a posebno Zemlje) smatrali osno simetričnim, na temelju toga je bilo moguće napraviti pretpostavku da bi i njihovo polje bilo osno simetrično, a onda bi njegovo generiranje prema ovom principu bilo nemoguće prema ovom teoremu. Kasnije se pokazalo da neće sve jednadžbe s osnom simetrijom koje opisuju proces generiranja magnetskog polja imati osno simetrično rješenje, a 1950. god. pronađena su asimetrična rješenja.

Od tada se teorija dinama uspješno razvija, a danas je općeprihvaćeno najvjerojatnije objašnjenje nastanka magnetskog polja Zemlje i drugih planeta samopobudni dinamo mehanizam koji se temelji na generaciji električna struja u vodiču dok se kreće u magnetskom polju koje stvaraju i pojačavaju same te struje. Potrebni uvjeti stvaraju se u Zemljinoj jezgri: u tekućoj vanjskoj jezgri, koja se uglavnom sastoji od željeza na temperaturi od oko 4-6 tisuća kelvina, koja savršeno provodi struju, stvaraju se konvektivna strujanja koja oduzimaju toplinu iz čvrste unutarnje jezgre (generirane zbog raspad radioaktivnih elemenata ili oslobađanje latentne topline tijekom skrućivanja tvari na granici između unutarnje i vanjske jezgre dok se planet postupno hladi). Coriolisove sile uvijaju te tokove u karakteristične spirale tvoreći tzv Taylor stupovi. Zbog trenja slojeva dobivaju električni naboj, tvoreći strujne petlje. Tako se stvara sustav struja koji kruži duž vodljivog kruga u vodičima koji se kreću u (u početku prisutnom, iako vrlo slabom) magnetskom polju, kao u Faradayevom disku. Ono stvara magnetsko polje, koje uz povoljnu geometriju strujanja pojačava početno polje, a ono zauzvrat struju, a proces pojačanja se nastavlja sve dok Jouleovi toplinski gubici, rastući s porastom struje, ne uravnoteže dotok energije koji dolazi od hidrodinamičkih kretanja.

Ovaj proces je matematički 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 fluida, B- magnetska indukcija, η = 1/μσ - magnetska viskoznost, σ je električna vodljivost tekućine, a μ je magnetska propusnost koja se praktički ne razlikuje pri takvim visoka temperatura jezgre od μ 0 - propusnost vakuuma.

Međutim za puni opis potrebno je napisati sustav magnetohidrodinamičkih jednadžbi. U Boussinesqovoj aproksimaciji (unutar koje sve fizičke karakteristike pretpostavlja se da su tekućine konstantne, osim Arhimedove sile, čiji izračun uzima u obzir promjene gustoće zbog temperaturnih razlika) to je:

Navier-Stokesova jednadžba, koja sadrži članove koji izražavaju kombinirani učinak rotacije i magnetskog 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)\left ((\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) ).

Jednadžba toplinske vodljivosti koja izražava zakon održanja 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 postigle su 1995. grupe iz Japana i Sjedinjenih Država. Počevši od ovog trenutka, rezultati niza radova numeričkog modeliranja na zadovoljavajući način reproduciraju kvalitativne karakteristike geomagnetskog polja u dinamici, uključujući inverzije.

Promjene u Zemljinom magnetskom polju

To potvrđuje trenutni porast kuta otvaranja vrhova (polarni jazovi u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dosegao 45°. Radijacijski materijal sunčevog vjetra, međuplanetarnog prostora i kozmičke zrake, uslijed čega ulazi u polarne krajeve velika količina tvari i energije, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja ledene polarne kape [ ] .

Geomagnetske koordinate (McIlwainove koordinate)

Fizika kozmičkih zraka naširoko koristi specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po znanstveniku Carlu McIlwainu ( Carl McIlwain), koji je prvi predložio njihovu upotrebu, jer se temelje na invarijantama gibanja čestica u magnetskom polju. Točku u dipolnom polju karakteriziraju dvije koordinate (L, B), gdje je L tzv. magnetska ljuska ili McIlwainov parametar. L-ljuska, L-vrijednost, McIlwainov L-parametar), B - indukcija magnetskog polja (obično u G). Za parametar magnetske ljuske obično se uzima vrijednost L, jednaka omjeru prosječne udaljenosti stvarne magnetske ljuske od središta Zemlje u ravnini geomagnetskog ekvatora i polumjera Zemlje. .

Povijest istraživanja

Prije nekoliko tisuća godina u Drevna Kina bilo je poznato da se magnetizirani objekti nalaze u određenom smjeru, posebno, igla kompasa uvijek zauzima određeni položaj u prostoru. Zahvaljujući tome, čovječanstvo je dugo moglo koristiti takvu strelicu (kompas) za navigaciju otvorenim morem daleko od obala. Međutim, prije Kolumbova putovanja iz Europe u Ameriku (1492.) posebna pažnja Nitko se nije potrudio proučavati ovaj fenomen, jer su znanstvenici tog vremena vjerovali da se on dogodio kao rezultat privlačenja strelice Sjevernjače. U Europi i morima koja ga operu, kompas je u to vrijeme bio postavljen gotovo duž geografskog meridijana. Prilikom prelaska Atlantik Kolumbo je primijetio da je otprilike na pola puta između Europe i Amerike igla kompasa skrenula gotovo 12° prema zapadu. Ova činjenica odmah je izazvala sumnju u ispravnost prethodne hipoteze o privlačenju igle od strane zvijezde Sjevernjače i dala poticaj ponovnom ozbiljnom proučavanju otvoreni fenomen: podaci o Zemljinom magnetskom polju bili su potrebni pomorcima. Od tog trenutka počinje znanost o zemaljskom magnetizmu, počinju široka mjerenja magnetske deklinacije, odnosno kuta između geografskog meridijana i osi magnetske igle, odnosno magnetskog meridijana. Godine 1544. njemački znanstvenik Georg Hartmann otkrio je novi fenomen: magnetska igla ne samo da odstupa od geografskog meridijana, već, budući da je obješena o središte gravitacije, nastoji stajati pod određenim kutom u odnosu na vodoravnu ravninu, što se naziva magnetska inklinacija.

Od tog trenutka, uz proučavanje fenomena otklona, znanstvenici su počeli proučavati i nagib magnetske igle. José de Acosta (jedan od utemeljitelji geofizike, prema Humboldtu) u njegovom Priče(1590.) prvi put se pojavila teorija o četiri linije bez magnetske deklinacije. Opisao je korištenje kompasa, kut otklona, razlike između Magnetskog pola i Sjevernog pola i varijacije otklona od jedne do druge točke, identificirajući mjesta s nultim otklonom, poput Azora.

Kao rezultat promatranja, ustanovljeno je da i deklinacija i inklinacija imaju različita značenja V različite točke Zemljina površina. Štoviše, njihove promjene od točke do točke podložne su nekom složenom obrascu. Njezino istraživanje omogućilo je dvorskom liječniku engleske kraljice Elizabete i prirodnom filozofu Williamu Gilbertu da 1600. godine u svojoj knjizi “De Magnete” iznese hipotezu da je Zemlja magnet čiji se polovi podudaraju s geografski polovi. Drugim riječima, W. Gilbert je smatrao da je Zemljino polje slično polju magnetizirane kugle. W. Gilbert je svoju izjavu temeljio na eksperimentu s modelom našeg planeta, koji je magnetizirana željezna kugla i mala željezna strelica. Gilbert je vjerovao da je glavni argument u korist njegove hipoteze to što se pokazalo da je magnetska inklinacija izmjerena na takvom modelu gotovo jednaka inklinaciji opaženoj na zemljinoj površini. Gilbert je objasnio razliku između Zemljine deklinacije i deklinacije modela skretnim učinkom kontinenata na magnetsku iglu. Iako se mnoge kasnije utvrđene činjenice nisu poklapale s Hilbertovom hipotezom, ona do danas ne gubi na značaju. Gilbertova glavna ideja da uzrok terestričkog magnetizma treba tražiti u Zemlji pokazala se točnom, kao i činjenica da je Zemlja u prvoj aproksimaciji doista veliki magnet, koji je jednoliko magnetizirana lopta.

Godine 1634. engleski astronom Henry Gellibrand?! otkrio da se magnetska deklinacija u Londonu mijenja tijekom vremena. Ovo je bio prvi zabilježeni dokaz sekularnih varijacija - redovitih (iz godine u godinu) promjena prosječnih godišnjih vrijednosti komponenti geomagnetskog polja.

Kutovi deklinacije i inklinacije određuju smjer u prostoru jakosti magnetskog polja Zemlje, ali ne mogu dati njegovu brojčanu vrijednost. Sve do kraja 18.st. mjerenja intenziteta nisu vršena iz razloga što nisu bili poznati zakoni međudjelovanja magnetskog polja i magnetiziranih tijela. Tek nakon što je 1785.-1789. Francuski fizičar Charles Coulomb uspostavio je zakon nazvan po njemu i mogućnost takvih mjerenja postala je moguća. Od kraja 18. stoljeća, uz promatranje deklinacije i inklinacije, počela su raširena opažanja horizontalne komponente, koja je projekcija vektora jakosti magnetskog polja na horizontalnu ravninu (znajući deklinaciju i inklinaciju, moguće je izračunati vrijednost ukupnog vektora jakosti magnetskog polja).

Prvi teorijski rad o tome što je Zemljino magnetsko polje, odnosno koja je veličina i smjer njegovog intenziteta u svakoj točki zemljine površine, pripada njemačkom matematičaru Carlu Gaussu. Godine 1834. dao je matematički izraz za komponente napetosti u ovisnosti o koordinatama – zemljopisnoj širini i dužini mjesta promatranja. Koristeći ovaj izraz, moguće je za svaku točku na zemljinoj površini pronaći vrijednosti bilo koje od komponenti koje se nazivaju elementima zemljinog magnetizma. Ovaj i drugi Gaussovi radovi postali su temelj na kojem je izgrađena zgrada moderne znanosti o zemaljskom magnetizmu. Konkretno, 1839. godine je dokazao da glavni dio magnetskog polja dolazi iz Zemlje, a razlog malim, kratkim odstupanjima u njegovim vrijednostima treba tražiti u vanjsko okruženje.

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

vidi također

Intermagnet (Engleski)

Bilješke

Znanstvenici u SAD-u otkrili su da je Zemljino magnetsko polje 700 milijuna godina starije nego što se mislilo
Edvard Kononovich. Zemljino magnetsko polje (nedefiniran) . http://www.krugosvet.ru/. Encyclopedia Around the World: Univerzalna internetska znanstveno-popularna enciklopedija. Preuzeto 2017-04-26.
Geomagnetizam često postavljana pitanja(Engleski) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. Nacionalni centri za informacije o okolišu (NCEI). Preuzeto 23. travnja 2017.
A. I. Djačenko. Magnetski polovi Zemlje. - Moskva: Izdavačka kuća Moskovskog centra za kontinuirano matematičko obrazovanje, 2003. - 48 str. - ISBN 5-94057-080-1.
A. V. Vikulin. VII. Geomagnetsko polje i elektromagnetizam Zemlje// Uvod u fiziku Zemlje. Tutorial za geofizičke specijalnosti sveučilišta.. - Državna izdavačka kuća Kamčatke pedagoško sveučilište, 2004. - 240 str. - ISBN 5-7968-0166-X.

Struktura i karakteristike Zemljinog magnetskog polja

Na maloj udaljenosti od Zemljine površine, oko tri njezina radijusa, linije magnetskog polja imaju dipolni raspored. Ovo područje se zove plazmosfera Zemlja.

Kako se udaljavate od Zemljine površine, tako se povećava utjecaj Sunčevog vjetra: sa strane Sunca geomagnetsko polje je sabijeno, a sa suprotne, noćne strane, rasteže se u dugi “rep”.

Plazmosfera

Struje u ionosferi imaju zamjetan utjecaj na magnetsko polje na površini Zemlje. Ovo je područje gornje atmosfere, koje se proteže od visina od oko 100 km i više. Sadrži veliki broj iona. Plazmu drži Zemljino magnetsko polje, no njeno stanje je određeno međudjelovanjem Zemljinog magnetskog polja sa Sunčevim vjetrom, što objašnjava povezanost magnetskih oluja na Zemlji i Sunčevih baklji.

Opcije polja

Točke na Zemlji u kojima jakost magnetskog polja ima vertikalan smjer nazivamo magnetskim polovima. Na Zemlji postoje dvije takve točke: sjeverni magnetski pol i južni magnetski pol.

Pravac koji prolazi kroz magnetske polove naziva se Zemljina magnetska os. Veliki krug u ravnini koja je okomita na magnetsku os naziva se magnetski ekvator. Vektor magnetskog polja u točkama magnetskog ekvatora ima približno vodoravan smjer.

Zemljino magnetsko polje karakteriziraju poremećaji koji se nazivaju geomagnetskim pulsacijama zbog pobuđivanja hidromagnetskih valova u Zemljinoj magnetosferi; Frekvencijski raspon valova proteže se od milihertza do jednog kiloherca.

Magnetski meridijan

Magnetski meridijani su projekcije linija magnetskog polja Zemlje na njezinu površinu; složene krivulje koje konvergiraju na sjevernom i južnom magnetskom polu Zemlje.

Hipoteze o prirodi Zemljinog magnetskog polja

U U posljednje vrijeme Razvijena je hipoteza koja povezuje pojavu Zemljinog magnetskog polja s protokom struja u jezgri tekućeg metala. Procjenjuje se da se zona u kojoj djeluje mehanizam "magnetskog dinama" nalazi na udaljenosti od 0,25-0,3 polumjera Zemlje. Sličan mehanizam stvaranja polja može se odvijati na drugim planetima, posebice u jezgrama Jupitera i Saturna (prema nekim pretpostavkama, koja se sastoji od tekućeg metalnog vodika).

Promjene u Zemljinom magnetskom polju

To potvrđuje trenutni porast kuta otvaranja vrhova (polarni jazovi u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dosegao 45°. Radijacijski materijal sunčevog vjetra, međuplanetarnog prostora i kozmičkih zraka jurio je u proširene procjepe, zbog čega više materije i energije ulazi u polarna područja, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja polarnih kapa.

Geomagnetske koordinate (McIlwainove koordinate)

Fizika kozmičkih zraka naširoko koristi specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po znanstveniku Carlu McIlwainu ( Carl McIlwain), koji je prvi predložio njihovu upotrebu, jer se temelje na invarijantama gibanja čestica u magnetskom polju. Točku u dipolnom polju karakteriziraju dvije koordinate (L, B), gdje je L tzv. magnetska ljuska ili McIlwainov parametar. L-ljuska, L-vrijednost, McIlwainov L-parametar ), B - indukcija magnetskog polja (obično u G). Za parametar magnetske ljuske obično se uzima vrijednost L, jednaka omjeru prosječne udaljenosti stvarne magnetske ljuske od središta Zemlje u ravnini geomagnetskog ekvatora i polumjera Zemlje. .

Povijest istraživanja

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

Godine 1544. njemački znanstvenik Georg Hartmann otkrio je magnetsku inklinaciju. Magnetska inklinacija je kut za koji igla pod utjecajem Zemljinog magnetskog polja odstupa od vodoravne ravnine prema dolje ili prema gore. Na hemisferi sjeverno od magnetskog ekvatora (koji se ne podudara s geografskim ekvatorom), sjeverni kraj strelice odstupa prema dolje, na jugu - obrnuto. Na samom magnetskom ekvatoru silnice magnetskog polja su paralelne sa Zemljinom površinom.

Po prvi put pretpostavku o prisutnosti Zemljinog magnetskog 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 s kuglicom magnetske rude i malom željeznom strelicom. Gilbert je došao do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Promatranja engleskog astronoma Henryja Gellibranda. Henry Gellibrand) pokazalo je da geomagnetsko polje nije konstantno, već se sporo mijenja.

Kut za koji magnetska igla odstupa od smjera sjever-jug naziva se magnetska deklinacija. Kristofor Kolumbo otkrio je da magnetska deklinacija ne ostaje konstantna, već se mijenja s promjenama zemljopisne koordinate. Kolumbovo otkriće dalo je poticaj novom proučavanju Zemljinog magnetskog polja: informacije o njemu bile su potrebne pomorcima. Ruski znanstvenik M.V.Lomonosov 1759. godine u izvješću “Rasprava o velikoj točnosti morski put"dao dragocjene savjete za povećanje točnosti očitanja kompasa. Za proučavanje zemaljskog magnetizma M.V. Lomonosov preporučio je organiziranje mreže stalnih točaka (zvjezdarnica) u kojima bi se provodila sustavna magnetska promatranja; Takva promatranja moraju se provoditi široko na moru. Lomonosovljeva ideja o organiziranju magnetskih opservatorija realizirana je tek 60 godina kasnije u Rusiji.

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

Carl Gauss (njemački) Carl Friedrich Gauß) iznio je teoriju o nastanku Zemljinog magnetskog polja i 1839. godine dokazao da njegov glavni dio izlazi iz Zemlje, a razlog malih, kratkih odstupanja u njegovim vrijednostima treba tražiti u vanjskom okruženju.

vidi također

Intermagnet ( Engleski)

Bilješke

Književnost

Sivukhin D.V. Opći tečaj fizike. - Ed. 4., stereotipno. - M.: Fizmatlit; Izdavačka kuća MIPT, 2004. - T. III. Struja. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.
Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Vodič za elementarna fizika. - M.: Znanost, 1976.
N. V. Koronovski Magnetsko polje geološke prošlosti Zemlje. Soros Educational Journal, N5, 1996., str. 56-63 (prikaz, ostalo).

Linkovi

Karte pomaka Zemljinih magnetskih polova za razdoblje od 1600. do 1995.

Ostale informacije o temi

Preokreti magnetskog polja u geološkoj povijesti Zemlje
Utjecaj preokreta magnetskog polja na klimu i razvoj života na Zemlji

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što je "zemljino magnetsko polje" u drugim rječnicima:

Na daljine? 3R= (R= radijus Zemlje) približno odgovara polju jednoliko magnetizirane lopte s jakošću polja? 55 7 A/m (0,70 Oe) na magnetskim polovima Zemlje i 33,4 A/m (0,42 Oe) na magnetskom ekvatoru. Na udaljenostima od 3R magnetsko polje... ... Veliki enciklopedijski rječnik

Prostor okolo Globus, u kojem se otkriva snaga zemaljskog magnetizma. Zemljino magnetsko polje karakterizirano je vektorom jakosti, magnetskom inklinacijom i magnetskom deklinacijom. EdwART. Objašnjavajući pomorski rječnik, 2010 ... pomorski rječnik

Prema suvremenim predodžbama, nastao je prije otprilike 4,5 milijardi godina i od tog trenutka naš je planet okružen magnetskim poljem. Sve na Zemlji, uključujući ljude, životinje i biljke, je pod njegovim utjecajem.

Magnetsko polje proteže se do visine od oko 100 000 km (slika 1). On odbija ili hvata čestice sunčevog vjetra koje su štetne za sve žive organizme. Te nabijene čestice nastaju radijacijski pojas Zemlju, a cijelo područje okozemaljskog svemira u kojem se oni nalaze naziva se magnetosfera(slika 2). Na strani Zemlje koju obasjava Sunce magnetosfera je ograničena sfernom površinom polumjera približno 10-15 Zemljinih radijusa, a na suprotnoj strani se poput repa kometa proteže na udaljenosti do nekoliko tisuća Zemljini radijusi, tvoreći geomagnetski rep. Magnetosfera je od međuplanetarnog polja odvojena prijelaznim područjem.

Zemljini magnetski polovi

Os Zemljinog magneta je nagnuta u odnosu na os Zemljine rotacije za 12°. Nalazi se otprilike 400 km od središta Zemlje. Točke u kojima ova os siječe površinu planeta su magnetski polovi. Zemljini magnetski polovi ne poklapaju se s pravim geografskim polovima. Trenutno su koordinate magnetskih polova sljedeće: sjever - 77° sjeverne širine. i 102°W; južni - (65° J i 139° E).

Riža. 1. Struktura Zemljinog magnetskog polja

Riža. 2. Građa magnetosfere

Linije sila koje prolaze od jednog do drugog magnetskog pola nazivaju se magnetski meridijani. Između magnetskog i zemljopisnog meridijana formira se kut tzv magnetska deklinacija. Svako mjesto na Zemlji ima svoj kut deklinacije. U moskovskom području kut deklinacije je 7° prema istoku, au Jakutsku je oko 17° prema zapadu. To znači da sjeverni kraj igle kompasa u Moskvi odstupa za T udesno od geografskog meridijana koji prolazi kroz Moskvu, au Jakutsku - za 17° ulijevo od odgovarajućeg meridijana.

Slobodno obješena magnetska igla nalazi se vodoravno samo na liniji magnetskog ekvatora, koja se ne podudara s geografskom. Ako se pomaknete sjeverno od magnetskog ekvatora, sjeverni kraj igle postupno će se spuštati. Kut koji tvore magnetska igla i horizontalna ravnina, nazvao magnetska inklinacija. Na sjevernom i južnom magnetskom polu magnetska inklinacija je najveća. Jednako je 90°. Na sjevernom magnetskom polu slobodno ovješena magnetska igla bit će postavljena okomito sa sjevernim krajem prema dolje, a na južnom magnetskom polu njezin južni kraj ići će prema dolje. Dakle, magnetska igla pokazuje smjer linija magnetskog polja iznad zemljine površine.

S vremenom se mijenja položaj magnetskih polova u odnosu na zemljinu površinu.

Magnetski pol otkrio je istraživač James C. Ross 1831. godine, stotinama kilometara od njegove sadašnje lokacije. U prosjeku u jednoj godini prijeđe 15 km. U posljednjih godina brzina kretanja magnetskih polova naglo se povećala. Na primjer, Sjeverni magnetski pol trenutno se kreće brzinom od oko 40 km godišnje.

Zamjena Zemljinih magnetskih polova naziva se inverzija magnetskog polja.

Kroz geološku povijest našeg planeta, Zemljino magnetsko polje je promijenilo svoj polaritet više od 100 puta.

Magnetsko polje karakterizira intenzitet. Na nekim mjestima na Zemlji, linije magnetskog polja odstupaju od normalnog polja, stvarajući anomalije. Na primjer, u području Kurske magnetske anomalije (KMA), jakost polja je četiri puta veća od normalne.

Postoje dnevne varijacije u Zemljinom magnetskom polju. Razlog za ove promjene u Zemljinom magnetskom polju su električne struje koje teku u atmosferi na velika nadmorska visina. Zovu se solarno zračenje. Pod utjecajem sunčevog vjetra Zemljino magnetsko polje se iskrivljuje i dobiva “trag” u smjeru od Sunca koji se proteže stotinama tisuća kilometara. Glavni uzrok Sunčevog vjetra, kao što već znamo, su enormna izbacivanja tvari iz Sunčeve korone. Krećući se prema Zemlji pretvaraju se u magnetske oblake i dovode do jakih, ponekad i ekstremnih poremećaja na Zemlji. Posebno jaki poremećaji magnetskog polja Zemlje - magnetske oluje. Neke magnetske oluje počinju iznenada i gotovo istovremeno na cijeloj Zemlji, dok se druge razvijaju postupno. Mogu trajati nekoliko sati ili čak dana. Magnetske oluje često se događaju 1-2 dana nakon Sunčeve baklje zbog prolaska Zemlje kroz tok čestica koje izbacuje Sunce. Na temelju vremena kašnjenja, brzina takvog korpuskularnog toka procjenjuje se na nekoliko milijuna km/h.

Za vrijeme jakih magnetskih oluja dolazi do poremećaja normalnog rada telegrafa, telefona i radija.

Magnetske oluje često se opažaju na geografskoj širini 66-67° (u zoni polarne svjetlosti) i javljaju se istovremeno s polarnom svjetlosti.

Struktura Zemljinog magnetskog polja mijenja se ovisno o geografskoj širini područja. Permeabilnost magnetskog polja raste prema polovima. Iznad polarnih područja, linije magnetskog polja su manje-više okomite na zemljinu površinu i imaju konfiguraciju u obliku lijevka. Kroz njih dio sunčevog vjetra s dnevne strane prodire u magnetosferu, a zatim u gornju atmosferu. Tijekom magnetskih oluja, čestice iz repnog dijela magnetosfere jure ovamo, dosežući granice gornje atmosfere u visokim geografskim širinama Sjeverne i južne polutke. Upravo te nabijene čestice uzrokuju polarnu svjetlost ovdje.

Dakle, magnetske oluje i dnevne promjene magnetskog polja objašnjavaju se, kako smo već saznali, sunčevim zračenjem. Ali koji je glavni razlog koji stvara stalni magnetizam Zemlje? Teoretski, bilo je moguće dokazati da je 99% Zemljinog magnetskog polja uzrokovano izvorima skrivenim unutar planeta. Glavno magnetsko polje uzrokuju izvori koji se nalaze u dubini Zemlje. Ugrubo se mogu podijeliti u dvije skupine. Njihov glavni dio vezan je uz procese u zemljinoj jezgri, gdje se kontinuiranim i pravilnim kretanjem elektrovodljive tvari stvara sustav električne struje. Drugi je zbog činjenice da stijene Zemljina kora, magnetiziran glavnim električno polje(polje jezgre), stvaraju vlastito magnetsko polje, koje se zbraja s magnetskim poljem jezgre.

Osim magnetskog polja oko Zemlje postoje i druga polja: a) gravitacijsko; b) električni; c) toplinski.

Gravitacijsko polje Zemlja se naziva gravitacijsko polje. Usmjeren je uzduž viska okomito na površinu geoida. Kada bi Zemlja imala oblik elipsoida revolucije i mase u njoj bile ravnomjerno raspoređene, tada bi imala normalno gravitacijsko polje. Razlika između intenziteta stvarnog gravitacijskog polja i teorijskog je gravitacijska anomalija. Drugačiji sastav materijala, gustoća stijena uzrokuje ove anomalije. Ali mogući su i drugi razlozi. Oni se mogu objasniti sljedećim procesom - ravnotežom čvrste i relativno lake zemljine kore na težem gornjem plaštu, gdje dolazi do izjednačavanja tlaka gornjih slojeva. Ova strujanja uzrokuju tektonske deformacije, pomicanje litosfernih ploča i time stvaraju makroreljef Zemlje. Gravitacija drži atmosferu, hidrosferu, ljude, životinje na Zemlji. Gravitacija se mora uzeti u obzir pri proučavanju procesa u geografski omotač. Uvjet " geotropizam“ su rastna kretanja biljnih organa, koja pod utjecajem sile gravitacije uvijek osiguravaju vertikalni smjer rasta primarnog korijena okomito na površinu Zemlje. Gravitacijska biologija koristi biljke kao eksperimentalne subjekte.

Ako se ne uzme u obzir gravitacija, nemoguće je izračunati početne podatke za lansiranje raketa i svemirski brodovi, onemogućuju gravimetrijska istraživanja rudnih minerala i, konačno, onemogućuju daljnji razvoj astronomije, fizike i drugih znanosti.