Zašto je zemlja magnet? Zemlja je poput magneta: Geomagnetsko polje
Zemlja je također magnetizirana. Ima vlastito magnetsko polje s dva pola; takvo se magnetsko polje može stvoriti diljem svijeta ako se unutar pola postavi magnetizirana šipka. Ali kako? Prvo, mora se postaviti duž Zemljine osi rotacije. Polovica trake nalazi se na sjevernoj hemisferi, a druga polovica na južnoj hemisferi.
Južni magnetski pol mora biti usmjeren prema sjevernom geografskom polu. Tada će se sjeverni magnetski pol trake poklopiti s južnim geografskim polom.
Nakon toga blok mora biti otklonjen od osi rotacije Zemlje za 11°. Potrebno ga je skrenuti tako da se njegov južni magnetski pol oslanja na grad Thule (Grenland). Tada će magnetsko polje šipke, na ovaj način “vezano” za Zemlju, biti slično magnetskom polju Zemlje.
Magnetsko polje zemljinog dipola jednako je sa svih strana: danju, noću, jutrom i večerom. Ne ovisi o položaju Sunca. Iznad magnetskog ekvatora prolazi vodoravno. Iznad magnetskih polova, silnice Zemljinog magnetskog polja usmjerene su okomito. Općenito je prihvaćeno da je magnetsko polje usmjereno od sjevernog magnetskog pola prema južnom. To znači da su Zemljine magnetske silnice usmjerene odozdo prema gore na južnoj hemisferi, a od vrha prema dolje na sjevernoj hemisferi. Linije polja koje napuštaju sjeverni magnetski pol (na južnoj hemisferi) ulaze u južni magnetski pol na sjevernoj hemisferi.
Da ne bude zabune zbog činjenice da je sjeverni magnetski pol na južnoj hemisferi, a južni na sjevernoj, dogovorili smo se da ćemo magnetski pol na sjevernoj hemisferi zvati sjeverni geomagnetski pol. Igla kompasa okreće se prema sjeveru svojim sjevernim magnetskim polom. To je zato što je južni magnetski pol na sjeveru. MI ćemo se pridržavati terminologije koju prihvaćaju znanstvenici. Pretpostavit ćemo da se sjeverni geomagnetski pol nalazi na sjevernoj hemisferi (u blizini Thule). Ali sjetimo se da tamo zapravo postoji južni magnetski pol. O tome ovisi smjer linija magnetskog polja.
Je li Zemljino magnetsko polje doista dipolno polje? Načelno da, ali u detalje ne. Ovi detalji su ipak vrlo važni. Uspostavljeni su tek relativno nedavno, kada su svemirske letjelice omogućile mjerenje magnetskog polja daleko izvan Zemlje. Ova su mjerenja omogućila da se do detalja utvrdi kakav je zapravo oblik Zemljinog magnetskog polja.
Pokazalo se da Zemljino magnetsko polje sa strane Sunca nije isto kao sa suprotne (noćne) strane.
U području uz Zemlju magnetsko polje je dipolno i ne ovisi o položaju pa čak ni o prisutnosti Sunca. U području koje je udaljenije od Zemlje, na udaljenostima većim od tri polumjera Zemlje, razlika u magnetskim poljima je vrlo značajna. To je kako slijedi.
Magnetsko polje dipola karakteriziraju "lijevci" iznad magnetskih polja. U stvarnom magnetskom polju Zemlje ti se lijevci ne nalaze iznad magnetskih polova, već su pomaknuti prema ekvatoru za oko 1000 km od polova. Osim toga, oblik linija magnetskog polja na dnevnoj strani jako se razlikuje od onog na noćnoj strani. Budući da to ovisi o položaju Sunca, Sunce je “krivo” za tu razliku. Kako razumjeti bit tog utjecaja – utjecaja Sunca na oblik Zemljinog magnetskog polja?
Sunčev vjetar i Zemljina magnetosfera
Kako Sunce može utjecati na Zemljino magnetsko polje? Sasvim je očito da ne može djelovati na magnetsko polje svojom privlačnošću. Ne može djelovati na magnetska polja i sunčevu svjetlost, kao ni na x-zrake, infracrveno i gama zračenje. Isto vrijedi i za radio valove koje emitira Sunce. I njih treba isključiti iz faktora o kojima ovisi oblik Zemljinog magnetskog polja. Što ostaje? Nabijene čestice koje se izbacuju iz atmosfere Sunca i odlaze u međuplanetarni prostor. Već smo govorili o tim česticama. Imaju različite energije, a time i različite brzine. Nabijene čestice malih brzina koje neprestano emaniraju od Sunca u sve zemlje nazivaju se solarni vjetar. Struje visokoenergetskih nabijenih čestica s vremena na vrijeme izbacuju se iz sunčeve atmosfere. Imaju velike brzine i stižu do Zemlje brže od čestica sunčevog vjetra.
Možemo pretpostaviti da je agens koji određuje oblik Zemljinog magnetskog polja, odnosno deformaciju Zemljinog magnetskog dipola, pronađen. To su solarno nabijene čestice. Ostaje za vidjeti kako nabijene čestice to čine. Da bismo to razumjeli, moramo se sjetiti kako nabijene čestice djeluju u interakciji s magnetskim poljem.
Ako se nabijena čestica kreće u magnetsko polje, tada njezino kretanje ovisi o tom polju. Jedina iznimka je kada se nabijena čestica kreće strogo duž linije magnetskog polja. U tom slučaju nabijena čestica ne osjeća prisutnost magnetskog polja, kreće se kao da magnetskog polja uopće nema. Ako se nabijena čestica kreće preko magnetskog polja, tada se putanja mijenja: umjesto ravne linije prije ulaska u polje postaje kružnica. Što je jače magnetsko polje, to je taj krug manji (za istu česticu). Ali s druge strane, što je veća energija leteće čestice, to je magnetskom polju teže saviti svoju putanju u mali krug.
Postoji neki uvjet ravnoteže. Da bi se promijenila putanja nabijenih čestica s određenom energijom, magnetsko polje mora imati određenu veličinu i biti usmjereno okomito na kretanje čestica. Ako je ovaj uvjet zadovoljen, tada se nabijene čestice počinju okretati oko linija sile. Brzina njihove vrtnje i polumjeri kružnica u kojima se vrte ovise o jakosti magnetskog polja i energiji čestica. Pozitivno nabijene čestice rotiraju u jednom smjeru, a negativno nabijene čestice u suprotnom smjeru. Sunčeve nabijene čestice prilaze Zemljinom magnetskom polju pod različitim kutovima: uzdužno, okomito i koso. One čestice koje se približavaju duž linija sile (iznad magnetskih polova) moraju slobodno prodrijeti u Zemljin magnetski omotač (magnetosferu). One čestice koje se okomito približavaju linijama polja neće putovati daleko u magnetosferu. Njihove se putanje uvijaju oko linije magnetskog polja. Što će se dogoditi s česticama koje padnu koso na magnetsko polje? To je još važnije što znamo da su takve čestice u većini.
Kada se nabijena čestica kreće pod određenim kutom (ali ne pod pravim) u odnosu na silnicu magnetskog polja, tada se njezino gibanje može rastaviti na dvoje: uzduž polja i poprijeko. Zapravo, u ovom slučaju rastavljamo vektor brzine čestice na komponente - duž magnetskog polja i poprečno. Gibanje takve čestice u magnetskom polju postat će spiralno gibanje. Čestica će rotirati oko linije polja i istovremeno se pomicati duž linije polja. Putanja čestice će imati oblik spirale.
Polumjer te spirale i njezin korak ostat će nepromijenjeni ako energija čestice te oblik i jakost magnetskog polja ostanu nepromijenjeni. To znači da silnice magnetskog polja moraju biti ravne, čiji je razmak konstantan u smjeru gibanja čestice. To je uvjet jednolikosti magnetskog polja. Ali ovaj slučaj jednolikog magnetskog polja nas malo zanima. Uostalom, Zemljino magnetsko polje nije uniformno. Kako će se čestice kretati u tom slučaju?
Ako se silnice magnetskog polja konvergiraju, odnosno čestica, krećući se spiralno, prelazi u sve jače magnetsko polje, tada se njezino kretanje u to polje postupno usporava. Magnetsko polje se suprotstavlja kretanju čestice. Slobodno propušta česticu unutra samo ako se kreće strogo duž linije magnetskog polja. Krećući se spiralno prema jačem magnetskom polju, nabijena čestica prestaje ići dublje na nekoj udaljenosti. Nakon tog trenutka postupno (također u spirali) kreće u suprotnom smjeru. Magnetsko polje gura nabijenu česticu prema slabijem polju.
Zemljino magnetsko polje nije jednoliko. To se može vidjeti u obliku linija polja. Kako se krećete od ekvatora prema polovima duž linija sile, možete vidjeti da one postaju sve gušće. To znači da se magnetsko polje povećava. U takvom magnetskom polju, koje raste u oba smjera od ekvatora, nabijena čestica ostaje zarobljena. Rotirajući u spiralama, nabijene čestice gibaju se u takvom polju sekvencijalno, odbijajući se od jačeg polja naizmjenično na južnoj i sjevernoj hemisferi. U ovom slučaju nabijene čestice nalaze se iznad zemljine atmosfere. Takve nabijene čestice doista su izmjerene u Zemljinoj magnetosferi. Zvali su ih radijacijski pojasevi.
Kako sunčeve čestice deformiraju Zemljino magnetsko polje? Budući da nabijene čestice djeluju u interakciji s magnetskim poljem, one mogu deformirati to polje. Tok nabijenih čestica koje lete sa Sunca u interakciji je s najudaljenijim linijama polja Zemljine magnetosfere. Krajevi dalekovoda ostaju na istom mjestu, u Zemlji. A same linije se "okreću iznutra prema van" i produžuju se strujom nabijenih čestica na noćnu stranu. Prekrivaju magnetske polove, a lijevci iznad polova nestaju. Ali na podnevnom meridijanu formiraju se novi lijevci. Novi krateri su otprilike 1000 km udaljeni od polova.
Vrlo je važno da se ti lijevci mogu kretati. Što je energija sunčevog toka nabijenih čestica jača, to se više linija sile okreće s dnevne na noćnu stranu. Što se lijevak više udaljava od pola.
Pod utjecajem Sunčevih nabijenih čestica s dnevne strane, Zemljina magnetosfera je ograničena na određenu udaljenost od Zemljine površine. Kada je Sunce mirno, ta je udaljenost otprilike deset Zemljinih polumjera. Tijekom solarnih oluja tok solarnih čestica se pojačava i gura magnetosferu na solarnoj strani bliže Zemlji. U to vrijeme, lijevci se pomiču još dalje od pola. Tijekom vrlo jakih solarnih oluja, magnetosfera na dnevnoj strani može biti komprimirana na tri Zemljina radijusa. Tada se lijevci odmaknu od pola.
Pod utjecajem solarnih nabijenih čestica mijenja se ne samo položaj lijevaka koji se nalaze iznad polova dipola.
Lijevci se ne pomiču samo prema ekvatoru. Istovremeno mijenjaju svoj oblik. Svaki lijevak prelazi u spljošteni lijevak-prorez, u obliku potkove. Pokriva određeno područje na dnevnoj strani magnetosfere.
Noćni dio magnetosfere ima malo sličnosti s dnevnim dijelom. Ako se na dnevnoj strani Zemljino magnetsko polje proteže do maksimalne udaljenosti od deset Zemljinih radijusa, onda na noćnoj strani ono postoji na ogromnoj udaljenosti jednakoj stotinu Zemljinih radijusa ili više. Linije Zemljinog magnetskog polja protežu se u smjeru kretanja Sunčevih čestica, odnosno od Zemlje. Tako nastaje trag linija polja Zemljine magnetosfere. Stručnjaci ga nazivaju repom magnetosfere.
Nabijene čestice slobodno se kreću duž linija magnetskog polja. To znači da solarne nabijene čestice kroz ljevke na dnevnoj strani mogu prodrijeti kroz magnetosferu do Zemlje i njezine atmosfere. Ali unutar magnetosfere postoje nabijene čestice koje su tamo zarobljene. U repu magneta također postoje nabijene čestice. Odavde se kreću duž linija magnetskog polja. Gdje će završiti? Može se pratiti da će završiti na Arktiku i Antarktiku.
Ako pratite putanju nabijenih čestica na dnevnoj i noćnoj strani magnetosfere, ispada da one dolaze točno do prstena (ovalnog) koji svijetli aurorom. Je li ovo slučajnost ili obrazac?
Godine 1905. Einstein je uzrok zemaljskog magnetizma nazvao jednom od pet glavnih misterija suvremene fizike.
Također 1905. godine francuski geofizičar Bernard Brunhes izveo je mjerenja magnetizma pleistocenskih naslaga lave u južnom departmanu Cantal. Vektor magnetiziranja ovih stijena bio je gotovo 180 stupnjeva s vektorom planetarnog magnetskog polja (njegov sunarodnjak P. David dobio je slične rezultate čak godinu dana ranije). Brunhes je došao do zaključka da je prije tri četvrt milijuna godina, tijekom izlijevanja lave, smjer linija geomagnetskog polja bio suprotan od današnjeg. Tako je otkriven učinak inverzije (okretanja polariteta) Zemljinog magnetskog polja. U drugoj polovici 1920-ih Brunhesove zaključke potvrdili su P. L. Mercanton i Monotori Matuyama, no te su ideje dobile priznanje tek sredinom stoljeća.
Sada znamo da geomagnetsko polje postoji najmanje 3,5 milijarde godina, a tijekom tog vremena magnetski su polovi zamijenili mjesta tisućama puta (Brunhes i Matuyama proučavali su najnoviji preokret, koji sada nosi njihova imena). Ponekad geomagnetsko polje održava svoju orijentaciju desecima milijuna godina, a ponekad ne više od pet stotina stoljeća. Sam proces inverzije obično traje nekoliko tisuća godina, a po završetku se jakost polja u pravilu ne vraća na prethodnu vrijednost, već se mijenja za nekoliko postotaka.
Mehanizam geomagnetske inverzije do danas nije sasvim jasan, a ni prije stotinjak godina uopće nije dopuštao razumno objašnjenje. Stoga su otkrića Brunhesa i Davida samo učvrstila Einsteinovu ocjenu - doista, zemaljski magnetizam bio je krajnje misteriozan i neshvatljiv. Ali do tada se proučavao više od tri stotine godina, au 19. stoljeću su ga proučavale zvijezde europske znanosti kao što su veliki putnik Alexander von Humboldt, briljantni matematičar Carl Friedrich Gauss i briljantni eksperimentalni fizičar Wilhelm Weber. Dakle, Einstein je uistinu gledao u korijen.
Što mislite koliko magnetskih polova ima naš planet? Gotovo svatko će reći da su dva na Arktiku i Antarktiku. Zapravo, odgovor ovisi o definiciji pojma pola. Geografskim polovima smatraju se točke presjeka zemljine osi s površinom planeta. Budući da se Zemlja okreće kao kruto tijelo, postoje samo dvije takve točke i ništa drugo se ne može zamisliti. Ali s magnetskim polovima situacija je mnogo složenija. Na primjer, polom se može smatrati malo područje (idealno, opet točka) gdje su magnetske linije sile okomite na zemljinu površinu. Međutim, bilo koji magnetometar bilježi ne samo planetarno magnetsko polje, već i polja lokalnih stijena, ionosferskih električnih struja, čestica sunčevog vjetra i drugih dodatnih izvora magnetizma (a njihov prosječni udio nije tako mali, reda veličine nekoliko postotaka) . Što je uređaj precizniji, to bolje radi - i stoga je sve teže izolirati pravo geomagnetsko polje (naziva se glavnim), čiji se izvor nalazi u dubinama zemlje. Stoga koordinate polova određene izravnim mjerenjem nisu stabilne niti u kratkom vremenskom razdoblju.
Možete postupiti drugačije i odrediti položaj pola na temelju određenih modela zemaljskog magnetizma. U prvoj aproksimaciji, naš se planet može smatrati geocentričnim magnetskim dipolom, čija os prolazi kroz njegovo središte. Trenutno je kut između njega i Zemljine osi 10 stupnjeva (prije nekoliko desetljeća bio je veći od 11 stupnjeva). Točnijim modeliranjem ispada da je os dipola pomaknuta u odnosu na središte Zemlje prema sjeverozapadnom dijelu Tihog oceana za oko 540 km (riječ je o ekscentričnom dipolu). Postoje i druge definicije.
Ali to nije sve. Zemljino magnetsko polje zapravo nema dipolnu simetriju i stoga ima više polova, i to u ogromnom broju. Ako Zemlju smatramo magnetskim kvadrupolom, četveropolom, morat ćemo uvesti još dva pola – u Maleziji i u južnom dijelu Atlantskog oceana. Oktupolni model specificira osam polova itd. Suvremeni najnapredniji modeli zemaljskog magnetizma rade s čak 168 polova. Vrijedno je napomenuti da tijekom inverzije samo dipolna komponenta geomagnetskog polja privremeno nestaje, dok se ostale mijenjaju znatno manje.
Polovi unazad
Mnogi ljudi znaju da su općeprihvaćeni nazivi polova upravo suprotni. Na Arktiku postoji pol na koji je usmjeren sjeverni kraj magnetske igle - stoga ga treba smatrati južnim (kao što se polovi odbijaju, suprotni polovi se privlače!). Isto tako, sjeverni magnetski pol nalazi se na visokim geografskim širinama na južnoj hemisferi. Međutim, tradicionalno polove nazivamo prema zemljopisu. Fizičari su se dugo složili da linije sile izlaze iz sjevernog pola svakog magneta i ulaze u južni. Slijedi da linije zemljinog magnetizma napuštaju južni geomagnetski pol i povlače se prema sjeveru. Ovo je konvencija i ne biste je trebali kršiti (vrijeme je da se prisjetite tužnog iskustva Panikovskog!).
Magnetski pol, kako god ga definirali, ne miruje. Sjeverni pol geocentričnog dipola imao je koordinate 79,5 N i 71,6 W 2000., te 80,0 N i 72,0 W 2010. Pravi Sjeverni pol (onaj otkriven fizičkim mjerenjima) pomaknuo se od 2000. s 81,0 N i 109,7 W na 85,2 N i 127,1 W. Gotovo cijelo dvadeseto stoljeće nije prelazio više od 10 km godišnje, ali nakon 1980. godine odjednom se počeo kretati mnogo brže. Početkom 1990-ih njegova je brzina premašila 15 km godišnje i nastavlja rasti.
Kako je za Popular Mechanics rekao Lawrence Newitt, bivši voditelj geomagnetskog laboratorija Kanadske službe za geološka istraživanja, pravi pol sada migrira prema sjeverozapadu, pomičući se 50 km godišnje. Ako se vektor njegovog kretanja ne promijeni nekoliko desetljeća, onda će do sredine 21. stoljeća završiti u Sibiru. Prema rekonstrukciji koju je prije nekoliko godina proveo isti Newitt, u 17. i 18. stoljeću sjeverni magnetski pol uglavnom se pomaknuo prema jugoistoku i tek oko 1860. okrenuo prema sjeverozapadu. Pravi južni magnetski pol kreće se u istom smjeru zadnjih 300 godina, a njegov prosječni godišnji pomak ne prelazi 10-15 km.
Odakle uopće dolazi Zemljino magnetsko polje? Jedno od mogućih objašnjenja je jednostavno blještavo. Zemlja ima unutarnju čvrstu jezgru od željeza i nikla, čiji je radijus 1220 km. Budući da su ti metali feromagnetski, zašto ne pretpostaviti da unutarnja jezgra ima statičku magnetizaciju, koja osigurava postojanje geomagnetskog polja? Multipolarnost zemaljskog magnetizma može se pripisati asimetriji raspodjele magnetskih domena unutar jezgre. Polarnu migraciju i preokrete geomagnetskog polja teže je objasniti, ali vjerojatno možemo pokušati.
Međutim, od toga ništa. Svi feromagneti ostaju feromagnetični (to jest, zadržavaju spontanu magnetizaciju) samo ispod određene temperature - Curiejeve točke. Za željezo ona iznosi 768°C (za nikal znatno niža), a temperatura Zemljine unutarnje jezgre znatno prelazi 5000 stupnjeva. Stoga se moramo odreći hipoteze o statičkom geomagnetizmu. Međutim, moguće je da u svemiru postoje ohlađeni planeti s feromagnetskim jezgrama.
Razmotrimo drugu mogućnost. Naš planet također ima tekuću vanjsku jezgru debljine otprilike 2300 km. Sastoji se od taline željeza i nikla s primjesom lakših elemenata (sumpora, ugljika, kisika i, moguće, radioaktivnog kalija - nitko pouzdano ne zna). Temperatura donjeg dijela vanjske jezgre gotovo se podudara s temperaturom unutarnje jezgre, au gornjoj zoni na granici s plaštem pada na 4400°C. Stoga je sasvim prirodno pretpostaviti da se zbog rotacije Zemlje tu stvaraju kružna strujanja koja mogu biti uzrokom nastanka zemaljskog magnetizma.
Konvektivni dinamo
“Da bismo objasnili pojavu poloidnog polja, potrebno je uzeti u obzir vertikalne tokove nuklearne tvari. Nastaju konvekcijom: zagrijana talina željeza i nikla pluta iz donjeg dijela jezgre prema plaštu. Ove mlazove uvija Coriolisova sila poput zračnih struja ciklona. Na sjevernoj hemisferi uzlazno strujanje vrti se u smjeru kazaljke na satu, dok se na južnoj hemisferi okreće suprotno od kazaljke na satu, objašnjava profesor Gary Glatzmeier sa Sveučilišta u Kaliforniji. - Kada se približi plaštu, materijal jezgre se hladi i počinje se kretati natrag prema unutra. Magnetska polja uzlaznog i silaznog toka međusobno se poništavaju, pa se polje ne uspostavlja okomito. Ali u gornjem dijelu konvekcijskog mlaza, gdje formira petlju i kratko se kreće horizontalno, situacija je drugačija. Na sjevernoj hemisferi, linije polja, koje su bile okrenute prema zapadu prije konvektivnog uspona, okreću se u smjeru kazaljke na satu za 90 stupnjeva i usmjerene su prema sjeveru. Na južnoj hemisferi okreću se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od istoka i također idu prema sjeveru. Kao rezultat toga, magnetsko polje se stvara u obje hemisfere, usmjereno od juga prema sjeveru. Iako ovo nikako nije jedino moguće objašnjenje za pojavu poloidnog polja, ono se smatra najvjerojatnijim.”
To je upravo shema o kojoj su geofizičari raspravljali prije 80 godina. Vjerovali su da tokovi vodljivog fluida vanjske jezgre, zbog svoje kinetičke energije, stvaraju električne struje koje pokrivaju zemljinu os. Te struje generiraju magnetsko polje pretežno dipolnog tipa, čije su silnice polja na Zemljinoj površini izdužene duž meridijana (takvo polje nazivamo poloidnim). Ovaj mehanizam budi asocijaciju na rad dinama pa mu otuda i naziv.
Opisana shema je lijepa i vizualna, ali, nažalost, pogrešna. Temelji se na pretpostavci da je kretanje tvari u vanjskoj jezgri simetrično u odnosu na zemljinu os. Međutim, 1933. engleski matematičar Thomas Cowling dokazao je teorem prema kojem nikakva osnosimetrična strujanja nisu u stanju osigurati postojanje dugotrajnog geomagnetskog polja. Ako se i pojavi, njegova će starost biti kratkotrajna, desetke tisuća puta manja od starosti našeg planeta. Trebamo složeniji model.
“Ne znamo točno kada je nastao Zemljin magnetizam, ali to se moglo dogoditi ubrzo nakon formiranja plašta i vanjske jezgre”, kaže David Stevenson, jedan od vodećih stručnjaka za planetarni magnetizam, profesor na Kalifornijskom institutu za tehnologiju . - Za uključivanje geodinama potrebno je vanjsko sjetveno polje, i to ne nužno snažno. Tu bi ulogu, primjerice, moglo preuzeti magnetsko polje Sunca ili polja struja koja se stvaraju u jezgri zbog termoelektričnog učinka. U konačnici, to i nije previše važno, bilo je dovoljno izvora magnetizma. U prisutnosti takvog polja i kružnog gibanja protoka vodljive tekućine, lansiranje intraplanetarnog dinama postalo je jednostavno neizbježno.”
Magnetska zaštita
Zemljin magnetizam prati se pomoću široke mreže geomagnetskih zvjezdarnica, čije je stvaranje počelo 1830-ih.
U iste svrhe koriste se brodski, zrakoplovni i svemirski instrumenti (na primjer, skalarni i vektorski magnetometri danskog satelita Ørsted, koji radi od 1999.).
Snage geomagnetskog polja kreću se od približno 20 000 nanotesla kod obale Brazila do 65 000 nanotesla u blizini južnog magnetskog pola. Od 1800. njegova se dipolna komponenta smanjila za gotovo 13% (a od sredine 16. stoljeća za 20%), dok se kvadrupolna komponenta malo povećala. Paleomagnetske studije pokazuju da se nekoliko tisuća godina prije početka naše ere intenzitet geomagnetskog polja ustrajno penjao, a zatim počeo opadati. Ipak, trenutačni planetarni dipolni moment znatno je veći od svoje prosječne vrijednosti u proteklih stotinu i pedeset milijuna godina (2010. godine objavljeni su rezultati paleomagnetskih mjerenja koji pokazuju da je prije 3,5 milijardi godina Zemljino magnetsko polje bilo upola manje od njega danas). To znači da je cijela povijest ljudskih društava od nastanka prvih država do našeg vremena pala na lokalni maksimum zemljinog magnetskog polja. Zanimljivo je razmišljati je li to utjecalo na napredak civilizacije. Ova pretpostavka prestaje se činiti fantastičnom ako uzmemo u obzir da magnetsko polje štiti biosferu od kozmičkog zračenja.
I evo još jedne okolnosti koju valja istaknuti. U mladosti, pa čak i adolescenciji našeg planeta, sva materija u njegovoj jezgri bila je u tekućoj fazi. Čvrsta unutarnja jezgra nastala je relativno nedavno, možda prije samo milijardu godina. Kada se to dogodilo, konvekcijske struje postale su urednije, što je dovelo do stabilnijeg rada geodinama. Zbog toga je geomagnetsko polje dobilo na veličini i stabilnosti. Može se pretpostaviti da je ta okolnost imala blagotvoran učinak na evoluciju živih organizama. Konkretno, jačanje geomagnetizma poboljšalo je zaštitu biosfere od kozmičkog zračenja i time olakšalo izlazak života iz oceana na kopno.
Evo općeprihvaćenog objašnjenja za takvo lansiranje. Radi jednostavnosti, neka polje sjemena bude gotovo paralelno s osi Zemljine rotacije (zapravo, dovoljno je ako ima komponentu različitu od nule u tom smjeru, što je gotovo neizbježno). Brzina rotacije materijala vanjske jezgre opada kako se dubina smanjuje, a zbog njegove visoke električne vodljivosti, linije magnetskog polja pomiču se s njim - kako kažu fizičari, polje je "zamrznuto" u medij. Zbog toga će se linije sile polja sjemena savijati, idući naprijed na većim dubinama i zaostajući na manjim. Na kraju će se rastegnuti i deformirati toliko da će stvoriti toroidalno polje, kružne magnetske petlje koje premošću Zemljinu os i pokazuju u suprotnim smjerovima na sjevernoj i južnoj hemisferi. Taj se mehanizam naziva w-efekat.
Prema profesoru Stevensonu, vrlo je važno razumjeti da je toroidno polje vanjske jezgre nastalo zbog poloidnog sjemenskog polja i, zauzvrat, dovelo do novog poloidnog polja opaženog na zemljinoj površini: “Obje vrste planetarnog geodinama polja su međusobno povezana i ne mogu postojati jedno bez drugog.” .
Prije 15 godina, Gary Glatzmeier, zajedno s Paulom Robertsom, objavio je vrlo lijep računalni model geomagnetskog polja: “U principu, da bi se objasnio geomagnetizam, odavno postoji odgovarajući matematički aparat - jednadžbe magnetske hidrodinamike plus jednadžbe koje opisuju silu gravitacije i toplinskih tokova unutar zemljine jezgre. Modeli koji se temelje na ovim jednadžbama vrlo su složeni u izvornom obliku, ali se mogu pojednostaviti i prilagoditi računalnim izračunima. Upravo to smo Roberts i ja učinili. Rad na superračunalu omogućio je konstruiranje samodosljednog opisa dugoročne evolucije brzine, temperature i tlaka protoka materije u vanjskoj jezgri i povezane evolucije magnetskih polja. Također smo otkrili da ako simulaciju pustimo u vremenskim intervalima reda veličine desetaka i stotina tisuća godina, tada neizbježno dolazi do inverzije geomagnetskog polja. Dakle, u tom smislu, naš model dobro prenosi magnetsku povijest planeta. Međutim, postoji poteškoća koja još nije riješena. Parametri materijala vanjske jezgre, koji su uključeni u takve modele, još uvijek su predaleko od stvarnih uvjeta. Na primjer, morali smo prihvatiti da je njegova viskoznost vrlo visoka, inače resursi najjačih superračunala ne bi bili dovoljni. Zapravo, to nije slučaj; postoje svi razlozi za vjerovanje da se gotovo podudara s viskoznošću vode. Naši trenutni modeli nemoćni su uzeti u obzir turbulencije, koje se nesumnjivo događaju. Ali računala svake godine jačaju i za deset godina bit će mnogo realističnijih simulacija.”
"Rad geodinama neizbježno je povezan s kaotičnim promjenama u protoku taline željeza i nikla, što rezultira fluktuacijama u magnetskim poljima", dodaje profesor Stevenson. - Inverzije zemaljskog magnetizma su jednostavno najjače moguće fluktuacije. Budući da su stohastične prirode, teško da ih je moguće unaprijed predvidjeti - barem mi ne znamo kako to učiniti."
U pravilu, to su najobičniji fenomeni koji govore o dubokim tajnama i misterijama prirode. Jedan od najupečatljivijih primjera je gravitacija Zemlje. Na prvi pogled uobičajena je pojava da predmeti padaju na tlo. Ali bio je potreban Einsteinov genij da objasni gravitaciju zakrivljenošću prostora i vremena. Isto se može reći i za Zemljino magnetsko polje, o čemu će biti riječi u nastavku.
Tko je izumio kompas?
Prosvijećeni Europljani su od davnina znali za magnetska svojstva pojedinih tvari i predmeta. Rimski povjesničar Plinije Stariji govorio je o izvjesnom pastiru koji je živio na Kreti. Udario je svoje sandale željezom, a mali crni kamenčići koji su ležali na obroncima planine Ido počeli su se lijepiti za njih. Pastir se zvao Magnis, od njega riječ " magnet".
Istodobno, Kinezi su koristili magnete, koje su nazvali ču-ši, što je u prijevodu značilo "kamen koji voli". Stanovnici Srednjeg kraljevstva izumili su kompas tisuću godina prije Europljana. Bila je to traka magnetiziranog željeza pričvršćena na komad pluta koji je plutao u vodi. Koristili su ga trgovci koji su vozili karavane kroz pustinju.
Kinezi su također smislili sofisticiranije navigacijske uređaje. Ovo je kompas puknuti, koja je preživjela do danas. Ona, za razliku od europske, ima mnogo prstenova. Zovu se tsen ili slojevi i podijeljeni su u 24 sektora, svaki po 15 stupnjeva.
Ovaj kompas usvojili su sljedbenici Feng Shui sustava. Uzima se u obzir pri gradnji kuća i uređenju unutarnjih prostora. Uz pomoć hijeroglifa, koji se primjenjuju na sektore prstenova, određuju se povoljni i negativni smjerovi u prostorijama.
Ali u Europi su Talijani preuzeli zasluge za izum kompasa. Navodno je početkom 14. stoljeća u primorskom gradu Amalfiju živio majstor Flavio Joya. Bio je zaljubljen u kćer bogataša Domenica, koji je živio u istom gradu. Želio je svoju voljenu i lijepu kćer udati za bogatog brodovlasnika, ali se siromašni gospodar umiješao u njegove planove.
A onda je lukavi i podmukli Domenico pred ljubavnika Flavija postavio, kako mu se činilo, nemoguć zadatak. Rekao je da suprug njegove kćeri mora tečno vladati umijećem pilotaže i zahtijevao je da se čamcem upravlja noću po magli od jednog ribarskog sela do drugog. Majstor Joya uzeo je iglu od magnetske željezne rude i, provjeravajući stazu duž nje, briljantno izvršio zadatak.
Flaviju su Talijani podigli spomenik. Majstor stoji na vrhu male stijene ogrnut prostranim ogrtačem u modi 14. stoljeća. U lijevoj ruci drži kompas i njime provjerava smjer.
Svima se sviđa spomenik osim Nijemcima. Vjeruju da su kompas izumili stari Teutonci. Ima istine u ovoj izjavi, budući da riječ "kompas" dolazi iz njemačkog, a ne iz talijanskog jezika.
Jedno je izmisliti kompas, a drugo je objasniti zašto njegova strelica uvijek pokazuje točno na sjever. William Gilbert, dvorski liječnik Elizabete I., razjasnio je ovo pitanje u 16. stoljeću. Osim medicine, zanimala su ga i mnoga druga pitanja te je, pročitavši sve što se znalo o magnetima, započeo vlastite pokuse. Godine 1601. objavljen je njegov znanstveni rad pod naslovom “O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu - Zemlji”. Autor je pretpostavio da je plavi planet ogroman magnet, a njegova os prolazi kroz polove.
Gilbert je čak napravio i minijaturni model Zemlje. On je magnetizirao čeličnu kuglu i nazvao je Terella, odnosno mala Zemlja. Kad bi se magnetska igla donijela na površinu ove kugle, njen vrh bi uvijek bio usmjeren prema polovima. Nakon toga, Gilbert se počeo smatrati utemeljiteljem znanosti o magnetskim svojstvima našeg planeta.
Kasnije je postalo jasno da igla kompasa uvijek teži zauzeti položaj duž magnetskih linija sile Zemlje. I oni se lepezasto šire s jednog pola i ponovno konvergiraju na drugom polu.
Međutim, nakon ovog otkrića odmah se postavilo pitanje: zašto je Zemlja magnet? Magnetit, koji je magnetska stijena, čini maleni dio zemljine kore. Ostale stijene, uz rijetke iznimke, nemaju izražena magnetska svojstva.
Zemljina jezgra i magnetska svojstva
Donedavno je prevladavala hipoteza da su magnetska svojstva planeta posljedica njegove tekuće jezgre željeza i nikla. Ali zašto uzrokuje magnetizam ostalo je nejasno. U 20. stoljeću je otkriveno da lava koja se hladi utiskuje smjer i snagu Zemljinog magnetskog polja. Ispitano je na tisuće uzoraka lave i određena im je starost. Kao rezultat toga, stručnjaci su došli do zaključka da je u povijesti planeta bilo razdoblja kada je intenzitet magnetskog polja naglo pao.
Postojala je još jedna značajna greška u temeljnoj hipotezi. Kao što je poznato, Zemljino magnetsko polje vrlo osjetljivo reagira na Sunčevu aktivnost. To se odnosi na solarne baklje koje stvaraju magnetske oluje. Mnogi ljudi su preosjetljivi na njih.
To sugerira zaključak: ako je izvor zemaljskog magnetizma bio smješten u jezgri planeta, onda je malo vjerojatno da bi solarna aktivnost mogla značajno utjecati na njega. I još jedna zanimljivost. Kozmička tijela kao što su Mjesec, Venera i Mars imaju jezgre, ali praktički nemaju magnetsko polje. I kako se to može objasniti?
Učinak geomagnetizma i voda-zrak
Zemljin ocean
Nedavno se u znanstvenom svijetu pojavila nova hipoteza koja pokušava objasniti postojanje jakog magnetskog polja na plavom planetu. Kaže da najvažniju ulogu u formiranju geomagnetizma ima vodeno-zračni ocean planeta.
Pod utjecajem sunčeve energije s plavog planeta dnevno ispari 1 trilijun kubičnih metara vode. U tom slučaju kapljice vode postaju elektrificirane i dobivaju pozitivan naboj. A negativni naboj odlazi u zemaljski svod. A na onim mjestima na planeti gdje vlada noć, uočava se kondenzacija tekućine.
Zračna sredina nije stalna, odnosno stalno je u kretanju. Kao rezultat, tokovi iona nastaju iu atmosferi iu zemljinoj kori. Ovo je uzrok magnetizma. Ovdje se radi o tome da se magnetsko polje stvara kada je električno vodljivi materijal okružen izmjeničnim ili rotirajućim električnim poljem. Kao takvo polje djeluje zračni medij koji sadrži različite naboje.
Ova hipoteza savršeno objašnjava zašto planeti koji nemaju atmosferu ili oceane nemaju magnetsko polje. Također je jasno zašto sunčeve baklje značajno utječu na zemaljski magnetizam. To također može objasniti zašto je došlo do oštre promjene u magnetskom polju u geološkoj povijesti plavog planeta.
Najvjerojatnije je to bilo zbog katastrofa izazvanih padom velikih meteorita. Istodobno se globalno promijenila prozirnost atmosfere i razina isparavanja vode. Sve to zajedno utjecalo je na Zemljino magnetsko polje.
Zaključak
Mnogi ekolozi vjeruju da trenutne aktivnosti ljudske civilizacije počinju negativno utjecati na stanje atmosfere plavog planeta. To također može utjecati na snagu magnetskog polja. Ali štiti Zemlju od razornog sunčevog vjetra. Dakle, ljudi imaju o čemu razmišljati i poduzeti odgovarajuće mjere prije nego što bude prekasno.
Članak je napisao Maxim Shipunov
Ostaje mi da vam ispričam o posljednjem od predviđenih svojstava Zemlje - njenom magnetskom polju. Ljudi su također primijetili ovaj fenomen dosta davno. Prvo su pronašli kamenje koje se međusobno privlačilo i neodoljivo privlačilo željezo k sebi. Tada su primijetili da mala strelica od magnetskog željeza, pričvršćena na iglu, uvijek jednim krajem pokazuje u istom smjeru, u smjeru zvijezde Sjevernjače vodilje. Čak i kad su nebo prekrili oblaci.
Mudraci su vjerovali da tamo, u blizini Malog medvjeda, postoji veliki magnetski kamen na nebu. Svi magneti Zemlje privučeni su k njemu. Teško je danas reći tko se prvi dosjetio koristiti magnet za pokazivanje puta. Možda fenički moreplovci, ili možda kineski. Kompas je u Europu stigao prilično kasno. Došao je zajedno s arapskom legendom o visokim planinama od željeznog kamena koje se nalaze na dalekom sjeveru. Kao da te magnetske planine privlače sebi brodove i iz njih izvlače sve čavle.
I premda se snaga magneta, ne bez razloga, činila prilično tajanstvenom, mornarima se svidio kompas.
Krajem 16. stoljeća engleski graditelj kompasa Robert Norman opisao je svojstva magnetske igle. Otkrio je njegovu nagnutost prema horizontu i prigovorio onima koji su još uvijek vjerovali da je na nebu “magnetski kamen” koji privlači Zemljine magnete. Nisu ga zadovoljile ni bajke o magnetskim planinama. Na kraju se Norman ograničio na opisivanje strukture "inklinatorija" - to jest strelice koja se okreće oko horizontalne osi u smjeru magnetskog meridijana.
U to vrijeme, liječnici nisu bili ništa manje zainteresirani za svojstva magneta od mornara i putnika. Propisali su zdrobljene magnete kao laksativ. Možete li zamisliti kakvo ste zdravlje morali imati da biste izdržali takav tretman?
Dr. Gilbert, ili Sir William Gilbert od Colchestera, kako su Englezi u to vrijeme nazivali liječnika Elizabete, engleske kraljice, nije uzalud radio na magnetima. Sedamdesetogodišnju kraljicu nisu mogli ne zanimati problemi očuvanja, ako ne mladosti i ljepote, onda barem zdravlja.
Gilbert je bio pametan, učen i vrlo oprezan. Godine 1600. iz tiskare je izašlo njegovo opsežno djelo: “O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu – Zemlji”. Šest knjiga napisanih lijepim latinskim jezikom i s ugraviranim crtežima. Besmrtno djelo.
"Hilbert će živjeti dok magnet ne prestane privlačiti"
Elizabeth je ušla i tiho sjela na stolicu pripremljenu za nju u blizini kamina. Navečer se posebno vidi koliko je sredovječna. Čini se da su se pjege i tamne mrlje zamutile s godinama, pogoršavajući ukupnu nezdravu pozadinu njezina ionako ne baš lijepog lica. Crvenkasta, gusto izbijeljena sijeda kosa isprepletena biserima prorijedila se. Istina, još je uvijek uzdignuta glava. Ali nije li to zasluga ovratnika? I nije li teška haljina, izvezena zlatom, ono što sprječava da se figura ove starije i umorne žene savije? Međutim, kraljičine oči su oštre i blistaju od znatiželje. Ona maše rupčićem, dajući znak da počne...
Liječnik uzima kamenu kuglu sa stola.
“Vaše Veličanstvo, ne namjeravam pribjegavati golim i zamornim zaključcima ili izmišljotinama. Moji se argumenti, kao što lako možete vidjeti, temelje samo na iskustvu, razumu i dokazima. Ovu loptu, izrezbarenu uz velike troškove i trud od magnetskog kamena, nazvao sam “terella”, što znači “mala zemlja”, “mala zemlja”. Prinosim mu magnetsku iglu. Pogledajte, Vaše Veličanstvo. Nadam se da sve dame i gospoda jasno vide kako se jedan njezin kraj privlači na jedan pol terele, a drugi na drugi. Ne ponašaju li se na isti način i igle kompasa koje je Admiralitet postavio na brodove flote Njezina Veličanstva? Ako ne, onda se bojim da će se malo brodova poslanih u nepoznate zemlje vratiti u svoje luke... Ali ne dokazuje li to da se razlog privlačnosti ne krije na nebu? Nije li cijela naša Zemlja neka vrsta “velikog magneta”?
Dvorjani brbljaju: “Sir Williamu se ne može poreći pronicljivost i spretnost u dokazivanju. A kako je sasjekao tog napuhanog purana Lord N., bravo! Krajnje je vrijeme. Možda je opasno raspravljati se s ovim liječnikom...” U međuvremenu, Gilbert nastavlja:
– Stoljeće mudre vladavine Vašeg Veličanstva podarilo je čovječanstvu neizrecivo bogatstvo; Otkriven je Novi svijet, izumljeno je tiskarstvo, teleskop, kompas... Ta su otkrića postala izvor nove snage, otvorila nove horizonte i ujedno ponudila nove zadatke ljudskom geniju. Ovdje će samo iskustvo pomoći!..
Gilbert je počeo pomicati magnetsku iglu po površini terele.
– Pogledajte, Vaše Veličanstvo, na različitim udaljenostima od polova magnetska igla različito odstupa od svog vodoravnog položaja. Njegov nagib se smanjuje na ekvatoru, a, naprotiv, na magnetskim polovima terele teži da postane okomit...
Ove su riječi natjerale dva admirala flote da se probiju do stola. Je li moguće iskoristiti ovu sposobnost magnetske igle za rješavanje problema određivanja lokacije broda na otvorenom moru?..
A Gilbert već stavlja male magnetske šipke u lagane čamce i pušta ih da plutaju u uskom koritu vode. Dame sklapaju ruke, gledajući kako čamčići sa štapovima okrenutim jedan prema drugom na suprotnim polovima jure prema njima. I kako se razilaze oni na kojima su šipke postavljene naprijed s istim krajevima. Prisutni su oduševljeni. Kraljica se nasmiješila.
– Ako se Vaše Veličanstvo udostoji složiti sa zaključkom da je Zemlja magnet, onda ostaje još jedan korak da se pretpostavi da su i druga nebeska tijela, posebno Mjesec i Sunce, obdarena istim magnetskim silama. I ako je to tako, nije li onda razlog oseke i oseke, nije li razlog kretanja nebeskih tijela magnetizam?
Malo je vjerojatno da bi itko od prisutnih mogao razumjeti svu dubinu Hilbertove pretpostavke.
Lord kancelar skinuo je s prsta prsten s velikim dijamantom.
"Molim vas, Sir Williame, provjerite hoće li se snaga vašeg magneta izgubiti ako stavite ovaj kamen pokraj njega?" Izgleda da postoji vjerovanje da dijamanti uništavaju privlačnost...
"Gospodaru", odgovara doktor, "bojim se da jedan kamen, čak ni iz vaše ruke, nije dovoljan da potvrdi ovu izjavu." Ali ja nemam takav nakit.
Pogledi prisutnih uprli su se u kraljicu. Nakon oklijevanja, Elizabeta je naredila da se iz riznice donese nekoliko velikih kamenova. Kraljica je bila škrta. Ali uvijek se rado divila igri svojih dijamanata. Bilo je tu nekoliko prilika: pokazati se dvorjanima, pogledati dijamante i, naravno, nije bilo bez interesa uvjeriti se neće li drago kamenje uništiti snagu magneta.
Gilbert je prekrio magnet sa sedamnaest velikih dijamanata i prinio mu drugi magnet. Svi su zadržali dah. Što ako kamenje nestane ili se pokvari? Ali začuo se klik i obje su se šipke zalijepile. Prisutni su pljeskali rukama.
– Vaše Veličanstvo može se uvjeriti da se ovo mišljenje starih pokazalo lažnim. Možete, naravno, uništiti magnetizaciju željezne igle. Da biste to učinili, morate ga zagrijati...
Kraljica je zijevnula. Učeni razgovor sve je umorio.
Doktor je također umoran. Ne vjerujući slugama, sam je pokupio svoje posuđe i otišao gotovo nezapažen.
“Najbolji dokaz je dokaz iskustvom. “Bacon bi ove riječi napisao nekoliko godina nakon opisane večeri i odmah dodao: “Međutim, trenutni eksperimenti su besmisleni.” Eksperimentatori lutaju bez puta, slabo napreduju, a ako postoji netko tko se ozbiljno bavi znanošću, onda i on čeprka po jednom eksperimentu, kao Hilbert u magnetizmu.” Čudna izjava za nekoga tko je zahtijevao da se eksperimentalna metoda stavi na čelo sve nove znanosti. Međutim, danas nam je teško razumjeti kako su temeljni motivi potaknuli nedosljednog Bacona u ocjeni djela Elizabetine liječnice.
Dizanje rude u rudniku. Iz stare gravure.
Ali sasvim drugačije zvuči mišljenje drugog Hilbertova suvremenika, talijanskog znanstvenika Galilea Galileija: “Hilbert zaslužuje najveću pohvalu... zbog činjenice da je iznio toliko novih i točnih opažanja. I tako se postide prazni i lažljivi autori, koji pišu ne samo ono što sami ne znaju, nego prenose i sve što im je došlo od neznalica i budala.”
Šteta je što sam Hilbert nije znao za ovu briljantnu ocjenu. Kraljica je umrla u ožujku 1603., a nekoliko mjeseci kasnije i njezin liječnik. Prije smrti svu svoju znanstvenu imovinu ostavio je Londonskom medicinskom društvu. Ali užasan požar uništio je Hilbertovu kuću i kućanske aparate. Ostaje samo esej “O magnetu...” i ime. Je li to puno ili malo?
Možda je najbolji odgovor na ovo pitanje dao engleski pjesnik John Dryden, koji je napisao: “Gilbert će živjeti dok magnet ne prestane privlačiti.”
A kakav smo spomenik mi, potomci, podigli velikom tvorcu nauke o Zemljinom magnetizmu? U spomen na njega jedinica za magnetomotornu silu u CGS sustavu jedinica danas se zove hilbert!
“O sličnosti električne sile s magnetskom silom”
Gilbert je dokazao da je Zemlja magnet. Proučavao je ponašanje magnetske igle u blizini terele izrezbarene iz magnetskog kamena i na svom modelu pokazao uzrok magnetskih inklinacija. U dvije točke na lopti, strijele Roberta Normana postale su ljepljive. Strelice najboljih kompasa, postavljene na iste točke, vrtjele su se nemoćno, ne mogavši odabrati bilo koji smjer.
Kako izgleda Zemljin magnet? Kakav uzorak ima njegovo magnetsko polje? Uostalom, mi ljudi to ne vidimo, ne čujemo i uopće ne osjećamo... Istina, postoji jedno vrlo davno iskustvo. Toliko je stara da se ne zna ni tko ju je prvi napravio. Ovako se to radi. Na obični linearni magnet stavite komad debelog papira i pospite ga željeznim strugotinama. Zatim dodirnite lim prstom i piljevina će se poslušno rasporediti duž linija magnetskog polja, pokazujući njihov smjer. Jednostavno iskustvo, ali iznimno vizualno. Svako zrnce željeza, jednom u magnetskom polju, odmah se magnetizira, postajući tako reći mala igla kompasa. Kako i priliči “normalnom” magnetu, on se svojim sjevernim krajem odmah zahvati s južnim polom susjednog magneta, zatim sa sljedećim i tako dalje, postavljenim u smjeru magnetskih silnica.
Na polovima, gdje je piljevina deblja, magnetsko polje je jače. A gdje se piljevina rjeđe raznosi, polje je slabije. Magnetsko polje naše Zemlje izgleda isto kao polje linearnog magneta.
"Ne postoji li skriven unutar planeta, negdje u njegovom središtu, neka vrsta "magnetskog stupa" veličine Babilonske kule?" - rezonirali su stručnjaci zadivljeni neviđenom slikom. Dugo vremena nitko nije mogao smisliti ništa bolje za objašnjenje. No, tada su se počele gomilati činjenice iz sasvim drugog područja, ali također vezanog uz magnet.
Posljednjih se dana na znanstvenim informativnim stranicama pojavila velika količina vijesti o Zemljinom magnetskom polju. Na primjer, vijesti da se u posljednje vrijeme značajno mijenja, ili da magnetsko polje pridonosi istjecanju kisika iz zemljine atmosfere, ili čak da su krave na pašnjacima orijentirane duž linija magnetskog polja. Što je magnetsko polje i koliko su sve ove novosti važne?
Zemljino magnetsko polje je područje oko našeg planeta gdje djeluju magnetske sile. Pitanje podrijetla magnetskog polja još nije u potpunosti riješeno. Međutim, većina se istraživača slaže da je prisutnost Zemljinog magnetskog polja barem djelomično posljedica njezine jezgre. Zemljina jezgra sastoji se od čvrste unutrašnjosti i tekuće vanjštine. Rotacija Zemlje stvara stalne struje u tekućoj jezgri. Kao što se čitatelj možda sjeća iz lekcija fizike, kretanje električnih naboja rezultira pojavom magnetskog polja oko njih.
Jedna od najčešćih teorija koja objašnjava prirodu polja, teorija dinamo efekta, pretpostavlja da konvektivna ili turbulentna kretanja vodljivog fluida u jezgri pridonose samopobudi i održavanju polja u stacionarnom stanju.
Zemlju možemo smatrati magnetskim dipolom. Njegov južni pol nalazi se na geografskom sjevernom polu, a sjeverni pol na južnom polu. Zapravo, geografski i magnetski polovi Zemlje ne podudaraju se ne samo u "smjeru". Os magnetskog polja nagnuta je u odnosu na os rotacije Zemlje za 11,6 stupnjeva. Budući da razlika nije značajna, možemo se poslužiti kompasom. Njegova strelica pokazuje točno na Južni magnetski pol Zemlje i gotovo točno na Sjeverni geografski pol. Da je kompas izumljen prije 720 tisuća godina, pokazivao bi i geografski i magnetski sjeverni pol. Ali o tome više u nastavku.
Magnetsko polje štiti stanovnike Zemlje i umjetne satelite od štetnog djelovanja kozmičkih čestica. Takve čestice uključuju, na primjer, ionizirane (nabijene) čestice sunčevog vjetra. Magnetsko polje mijenja putanju njihovog kretanja, usmjeravajući čestice duž linija polja. Nužnost magnetskog polja za postojanje života sužava raspon potencijalno nastanjivih planeta (ako pođemo od pretpostavke da su hipotetski mogući oblici života slični zemaljskim stanovnicima).
Znanstvenici ne isključuju da neki zemaljski planeti nemaju metalnu jezgru i, prema tome, nemaju magnetsko polje. Do sada se smatralo da planeti napravljeni od čvrste stijene, poput Zemlje, sadrže tri glavna sloja: čvrstu koru, viskozni omotač i čvrstu ili rastaljenu željeznu jezgru. U nedavnom radu znanstvenici s Massachusetts Institute of Technology predložili su formiranje "kamenih" planeta bez jezgre. Ako se teoretski izračuni istraživača potvrde promatranjima, tada će za izračunavanje vjerojatnosti susreta s humanoidima u svemiru, ili barem nečeg što nalikuje ilustracijama iz udžbenika biologije, biti potrebno ponovno ih napisati.
Zemljani također mogu izgubiti svoju magnetsku zaštitu. Istina, geofizičari još ne mogu točno reći kada će se to dogoditi. Činjenica je da Zemljini magnetski polovi nisu konstantni. Povremeno mijenjaju mjesta. Nedavno su istraživači otkrili da Zemlja "pamti" promjenu polova. Analiza takvih "sjećanja" pokazala je da su u proteklih 160 milijuna godina magnetski sjever i jug promijenili mjesta oko 100 puta. Zadnji put se ovaj događaj dogodio prije oko 720 tisuća godina.
Promjenu polova prati i promjena konfiguracije magnetskog polja. Tijekom “prijelaznog razdoblja” na Zemlju prodire značajno više kozmičkih čestica koje su opasne po žive organizme. Jedna od hipoteza koja objašnjava nestanak dinosaura kaže da su divovski gmazovi izumrli upravo tijekom sljedeće promjene polova.
Osim “tragova” planiranih aktivnosti na promjeni polova, istraživači su primijetili opasne pomake u Zemljinom magnetskom polju. Analiza podataka o njegovom stanju tijekom više godina pokazala je da mu se posljednjih mjeseci počelo događati svašta. Znanstvenici već jako dugo nisu zabilježili tako oštre "kretnje" polja. Područje koje zabrinjava istraživače nalazi se u južnom Atlantskom oceanu. "Debljina" magnetskog polja u ovom području ne prelazi trećinu "normalnog". Istraživači su odavno primijetili ovu "rupu" u Zemljinom magnetskom polju. Podaci prikupljeni tijekom 150 godina pokazuju da je polje ovdje oslabilo za deset posto u tom razdoblju.
U ovom trenutku teško je reći kakvu prijetnju to predstavlja za čovječanstvo. Jedna od posljedica slabljenja jakosti polja može biti povećanje (iako neznatno) sadržaja kisika u zemljinoj atmosferi. Veza između Zemljinog magnetskog polja i ovog plina uspostavljena je pomoću satelitskog sustava Cluster, projekta Europske svemirske agencije. Znanstvenici su otkrili da magnetsko polje ubrzava ione kisika i "izbacuje" ih u svemir.
Unatoč činjenici da se magnetsko polje ne vidi, stanovnici Zemlje ga dobro osjećaju. Ptice selice, na primjer, pronalaze svoj put, fokusirajući se na njega. Postoji nekoliko hipoteza koje objašnjavaju kako točno osjećaju polje. Jedna od najnovijih sugerira da ptice percipiraju magnetsko polje. Posebni proteini - kriptokromi - u očima ptica selica sposobni su promijeniti svoj položaj pod utjecajem magnetskog polja. Autori teorije vjeruju da kriptokromi mogu djelovati kao kompas.
Osim ptica, i morske kornjače umjesto GPS-a koriste Zemljino magnetsko polje. I, kako je pokazala analiza satelitskih fotografija predstavljenih u sklopu projekta Google Earth, krave. Nakon proučavanja fotografija 8510 krava u 308 područja svijeta, znanstvenici su zaključili da te životinje preferiraju (ili od juga prema sjeveru). Štoviše, "referentne točke" za krave nisu geografske, već magnetski polovi Zemlje. Mehanizam kojim krave percipiraju magnetsko polje i razlozi za ovu posebnu reakciju na njega ostaju nejasni.
Uz navedena izvanredna svojstva pridonosi i magnetsko polje. Nastaju kao rezultat naglih promjena u polju koje se događaju u udaljenim područjima polja.
Magnetsko polje nisu zanemarili ni pristaše jedne od “teorija zavjere” - teorije lunarne prijevare. Kao što je gore spomenuto, magnetsko polje nas štiti od kozmičkih čestica. "Sakupljene" čestice nakupljaju se u određenim dijelovima polja - takozvanim Van Alenovim pojasevima zračenja. Skeptici koji ne vjeruju u realnost slijetanja na Mjesec vjeruju da bi astronauti tijekom leta kroz radijacijske pojaseve primili smrtonosnu dozu zračenja.
Zemljino magnetsko polje nevjerojatna je posljedica zakona fizike, zaštitni štit, orijentir i tvorac aurore. Da nije bilo toga, život na Zemlji bi možda izgledao potpuno drugačije. Općenito, da nema magnetskog polja, trebalo bi ga izumiti.
Što je morfološka analiza riječi: primjer za sve dijelove govora
Koje imenice nemaju rod?
Pravila za pisanje ne s kratkim participima