สนามแม่เหล็กของโลก ฟิสิกส์ ทฤษฎีสนามแม่เหล็กโลก กลไกการเกิด โครงสร้าง พายุแม่เหล็ก การกลับขั้ว

งานฟิสิกส์

นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 ก

โรงเรียน№1202

Kruglova Egor

สนามแม่เหล็ก

ในศตวรรษที่ 19 มีการค้นพบการเชื่อมต่อระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กและแนวคิดของสนามแม่เหล็กก็เกิดขึ้น ตามแนวคิดสมัยใหม่ ตัวนำที่มีกระแสออกแรงซึ่งกันและกันไม่ใช่โดยตรง แต่ผ่านสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบตัว

แหล่งที่มา สนามแม่เหล็กกำลังเคลื่อนไหว ประจุไฟฟ้า (กระแส). สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นในพื้นที่รอบๆ ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในพื้นที่รอบๆ ประจุไฟฟ้าที่ไม่เคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรยังสร้างโดยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่ไหลเวียนภายในโมเลกุลของสาร (สมมติฐานของแอมแปร์)

ในการอธิบายสนามแม่เหล็ก จำเป็นต้องแนะนำลักษณะแรงของสนาม ซึ่งคล้ายกับเวกเตอร์ของความแรงของสนามไฟฟ้า ลักษณะดังกล่าวคือเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกำหนดแรงที่กระทำต่อกระแสหรือประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก

ทิศทางบวกของเวกเตอร์ถือเป็นทิศทางจากขั้วใต้ S ไปยังขั้วเหนือ N ของเข็มแม่เหล็กซึ่งติดตั้งอย่างอิสระในสนามแม่เหล็ก ดังนั้น จากการตรวจสอบสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสหรือแม่เหล็กถาวร โดยใช้เข็มแม่เหล็กขนาดเล็ก จึงเป็นไปได้ในทุกจุดในอวกาศ

ในการอธิบายสนามแม่เหล็กในเชิงปริมาณจำเป็นต้องระบุวิธีการกำหนดทิศทางของเวกเตอร์ไม่เพียง แต่ แต่ยังรวมถึงโมดูลัสด้วย

โมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเท่ากับอัตราส่วน ค่าสูงสุดแรงแอมแปร์ที่กระทำต่อตัวนำไฟฟ้ากระแสตรงกับความแรงของกระแสไฟฟ้า ฉันในตัวนำและความยาว Δ ล :

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของแอมแปร์

ในระบบ SI ของหน่วย หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ซึ่งสำหรับแต่ละเมตรของความยาวของตัวนำที่กระแส 1 A ความแข็งแรงสูงสุดแอมแปร์คือ 1 N หน่วยนี้เรียกว่าเทสลา (T)

เทสลาเป็นหน่วยที่ใหญ่มาก สนามแม่เหล็กโลกมีค่าโดยประมาณเท่ากับ 0.5·10–4 T แม่เหล็กไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่สามารถสร้างสนามได้ไม่เกิน 5 T

แรงแอมแปร์ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำ ในการกำหนดทิศทางของแรงของAmpère มักใช้กฎมือซ้าย: if you place มือซ้ายเพื่อให้เส้นเหนี่ยวนำเข้าสู่ฝ่ามือและนิ้วที่ยื่นออกมาจะชี้ไปตามกระแสจากนั้นจึงกำหนด นิ้วหัวแม่มือแสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อตัวนำ

กฎมือซ้ายและกฎค้อน

เส้นสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ แม่เหล็กถาวรและคอยส์ปัจจุบัน

อ้างอิง

เกาส์ ( การกำหนดรัสเซีย Gs, สากล - G) - หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในระบบ CGS ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล ฟรีดริช เกาส์

1 Gs = 100 μT;

1 T = 104 Gs.

สามารถแสดงในรูปหน่วยพื้นฐานของระบบ CGS ได้ดังนี้ 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1 .

ประสบการณ์

แหล่งที่มา:ตำราฟิสิกส์เกี่ยวกับแม่เหล็ก หลักสูตร Berkeley

หัวเรื่อง : มสนามแม่เหล็กในสสาร

เป้า:ค้นหาวิธีการ สารต่างๆทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็ก

ลองนึกภาพการทดลองบางอย่างที่มีสนามแรงมาก สมมติว่าเราทำโซลินอยด์ด้วย เส้นผ่านศูนย์กลางภายในยาว 10 ซม. และ 40 ซม.

1. การออกแบบขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง แสดง ส่วนตามขวางที่คดเคี้ยวซึ่งน้ำหล่อเย็นไหลผ่าน 2. เส้นโค้งขนาดของสนาม B 2 บนแกนของขดลวด

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกคือ 40 ซม. และ ส่วนใหญ่ของพื้นที่เต็มไปด้วยขดลวดทองแดง ขดลวดดังกล่าวจะให้ค่าคงที่ 30,000 กในศูนย์ถ้าคุณนำ 400 ไป กิโลวัตต์ไฟฟ้าและน้ำประปา ประมาณ 120 ลต่อนาทีสำหรับการกระจายความร้อน

ข้อมูลเฉพาะเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าแม้ว่าเครื่องมือจะไม่มีอะไรผิดปกติ แต่ก็ยังเป็นแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการที่น่านับถือ

ความแรงของสนามที่ใจกลางแม่เหล็กมีค่าประมาณ 105 เท่าของสนามแม่เหล็กโลก และอาจมากกว่า 5 หรือ 10 เท่า สนามที่แข็งแกร่งขึ้นใกล้แม่เหล็กแท่งเหล็กหรือแม่เหล็กรูปเกือกม้า!

ใกล้ศูนย์กลางของโซลินอยด์ สนามค่อนข้างสม่ำเสมอและลดลงประมาณครึ่งหนึ่งบนแกนใกล้กับปลายขดลวด

ข้อสรุป

ดังที่การทดลองแสดงให้เห็น ในแม่เหล็กดังกล่าว ขนาดของสนาม (นั่นคือ การเหนี่ยวนำหรือความเข้ม) ทั้งภายในแม่เหล็กและภายนอกมีค่ามากกว่าขนาดของสนามโลกเกือบห้าลำดับ

นอกจากนี้เพียงสองครั้ง - ไม่ใช่ "ในบางครั้ง!" - นอกแม่เหล็กมีขนาดเล็กกว่า

และในเวลาเดียวกัน 5-10 เท่าของแม่เหล็กถาวรธรรมดา

ความแรงสนามเฉลี่ยของโลกบนพื้นผิวประมาณ 0.5 Oe (5.10 -5 T)

อย่างไรก็ตามห่างจากแม่เหล็กไม่กี่ร้อยเมตร (หากไม่นับสิบ) เข็มแม่เหล็กของเข็มทิศไม่ตอบสนองต่อการเปิดหรือปิดกระแส

ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองต่อสนามของโลกหรือความผิดปกติได้ดีเมื่อตำแหน่งเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย มันพูดว่าอะไร?

ประการแรกเกี่ยวกับตัวเลขการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกที่ประเมินค่าต่ำไปอย่างเห็นได้ชัดนั่นคือไม่ใช่การเหนี่ยวนำ แต่เป็นวิธีที่เราวัด

เราวัดปฏิกิริยาของลูปด้วยกระแส มุมของการหมุนในสนามแม่เหล็กโลก

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กใด ๆ ที่สร้างขึ้นบนหลักการของการวัดไม่ได้โดยตรง แต่โดยอ้อม:

โดยธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงค่าความตึงเครียดเท่านั้น

บนพื้นผิวโลกเท่านั้น ใกล้กับชั้นบรรยากาศและในอวกาศใกล้ๆ

เราไม่ทราบแหล่งที่มาของฟิลด์ที่มีค่าสูงสุดเฉพาะ เราวัดเฉพาะความแตกต่างของความแรงของสนามใน จุดต่างๆและการไล่ระดับความเข้มจะไม่เปลี่ยนแปลงมากเกินไปตามความสูง ไม่มีคณิตศาสตร์ที่มีคำจำกัดความสูงสุดเมื่อใช้ วิธีการแบบคลาสสิกอย่าทำงานที่นี่

อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก -- การทดลอง

เป็นที่ทราบกันดีว่าแม้แต่สนามแม่เหล็กแรงสูงก็ไม่มีผลกระทบต่อสารเคมีและ กระบวนการทางชีวเคมี. คุณสามารถวางมือของคุณ (ไม่มีนาฬิกา!) ในโซลินอยด์ที่มีฟิลด์ 30 กกโดยไม่มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจน เป็นการยากที่จะบอกว่ามือของคุณอยู่ในสารประเภทใด - พาราแมกเนติกหรือไดอะแมกเนติก แต่แรงที่กระทำต่อมันจะไม่เกินสองสามกรัม หนูทั้งรุ่นได้รับการอบรมและเลี้ยงดูในสนามแม่เหล็กแรงสูงซึ่งไม่มีผลกระทบต่อพวกมัน การทดลองทางชีววิทยาอื่น ๆ ก็ไม่ได้เปิดเผยผลกระทบทางแม่เหล็กที่สำคัญต่อกระบวนการทางชีววิทยา

สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้!

คงจะผิดหากจะคิดว่าผลอ่อนจะผ่านไปโดยไม่มีผลเสมอ เหตุผลดังกล่าวอาจนำไปสู่ข้อสรุปว่าแรงโน้มถ่วงไม่มีความสำคัญเชิงพลังงานในระดับโมเลกุล แต่ต้นไม้บนไหล่เขายังคงเติบโตในแนวดิ่ง เห็นได้ชัดว่าคำอธิบายนั้นอยู่ในแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุทางชีวภาพซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลมาก แท้จริงแล้ว ปรากฏการณ์ที่คล้ายกัน ("เขตร้อน") ได้รับการแสดงให้เห็นจากการทดลองในกรณีของต้นกล้าที่เติบโตในที่ที่มีสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ

อนึ่ง หากคุณวางศีรษะของคุณในสนามแม่เหล็กแรงสูงแล้วเขย่า คุณจะได้ "ลิ้มรส" กระแสไฟฟ้าในปากของคุณ ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ว่ามีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำอยู่

เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสสาร บทบาทของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะแตกต่างกัน เนื่องจากอะตอมและโมเลกุลประกอบด้วยประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ช้าๆ แรงไฟฟ้าในกระบวนการทางโมเลกุลครอบงำเหนือแม่เหล็ก

ข้อสรุป

ผลกระทบของสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กดังกล่าวต่อวัตถุทางชีวภาพนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าการถูกยุงกัด ใดๆ สิ่งมีชีวิตหรือพืชอยู่ภายใต้อิทธิพลอย่างต่อเนื่อง แม่เหล็กโลกมีพลังมากขึ้น

ดังนั้นจึงไม่สามารถสังเกตเห็นผลกระทบของฟิลด์ที่วัดได้ไม่ถูกต้อง

การคำนวณ

1 เกาส์ = 1 10 -4 เทสลา

หน่วยของความตึงเครียด สนามแม่เหล็กโลก(T) ในระบบ C คือแอมแปร์ต่อเมตร (A/m) ในการสำรวจแม่เหล็ก มีการใช้หน่วย Oersted (E) หรือแกมมา (G) อีกหน่วยหนึ่งซึ่งมีค่าเท่ากับ 10 -5 Oe อย่างไรก็ตาม พารามิเตอร์ที่วัดได้จริงของสนามแม่เหล็กคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในระบบ C คือเทสลา (T) ในการสำรวจแม่เหล็ก จะใช้หน่วยนาโนเทสลา (nT) ที่เล็กกว่า ซึ่งเท่ากับ 10 -9 T เนื่องจากสำหรับสื่อส่วนใหญ่ที่มีการศึกษาสนามแม่เหล็ก (อากาศ น้ำ ส่วนใหญ่ที่ไม่ใช่สนามแม่เหล็ก หินตะกอน) จากนั้นสนามแม่เหล็กโลกในเชิงปริมาณสามารถวัดได้ทั้งในหน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (เป็น nT) หรือในความแรงของสนามที่สอดคล้องกัน - แกมมา

รูปแสดงความเข้มรวมของสนามแม่เหล็กโลกในยุคปี 1980 เส้นไอโซไลน์ T ถูกวาดผ่าน 4 μT (จากหนังสือของ P. Sharma "Geophysical method in Regional geo")

ทางนี้

ที่ขั้ว ส่วนประกอบแนวตั้งของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีค่าประมาณ 60 μT และส่วนประกอบแนวนอนเป็นศูนย์ ที่เส้นศูนย์สูตร ส่วนประกอบแนวนอนมีค่าประมาณ 30 µT และส่วนประกอบแนวตั้งมีค่าเป็นศูนย์

ด้วยวิธีนี้วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของแม่เหล็กโลกได้ละทิ้งหลักการพื้นฐานของแม่เหล็กโลกไปนานแล้ว แม่เหล็กสองชิ้นที่วางราบชิดกันมีแนวโน้มที่จะเชื่อมต่อกับขั้วตรงข้าม

นั่นคือ ตัดสินโดยวลีสุดท้ายที่เส้นศูนย์สูตร ไม่มีแรง (องค์ประกอบแนวตั้ง) ที่ดึงดูดแม่เหล็กมายังโลก! ช่างน่ารังเกียจ!

แม่เหล็กทั้งสองนี้ดึงดูดกันหรือไม่? นั่นคือไม่มีแรงดึงดูด แต่มีแรงยืด? ไร้สาระ!

แต่ที่ขั้วด้วยการจัดเรียงของแม่เหล็กมันเป็น แต่แรงในแนวนอนจะหายไป

ยิ่งกว่านั้น ส่วนประกอบเหล่านี้ต่างกันเพียง 2 เท่า!

เราแค่นำแม่เหล็กสองอันมาและตรวจสอบให้แน่ใจว่าในตำแหน่งที่คล้ายกัน แม่เหล็กจะคลี่ออกก่อนแล้วจึงดึงดูด ขั้วโลกใต้สู่ขั้วโลกเหนือ!

แบบจำลองระดับโลกเหล่านี้ ได้แก่ International geomagneticanalyticalfield (International geomagnetic uReferenceffield, ​IGRF) และ แบบจำลองแม่เหล็กโลก (WMM)- ถูกสร้างขึ้นโดยองค์กรธรณีฟิสิกส์ระหว่างประเทศหลายแห่ง และทุกๆ 5 ปี ชุดค่าสัมประสิทธิ์เกาส์เซียนที่ได้รับการปรับปรุงจะได้รับการอนุมัติและเผยแพร่ ซึ่งจะกำหนดข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสถานะของสนามแม่เหล็กโลกและพารามิเตอร์ ดังนั้น ตามโมเดล WMM2015 ขั้วแม่เหล็กโลกทิศเหนือ (อันที่จริงก็คือ ขั้วโลกใต้แม่เหล็ก) มีพิกัด 80.37°N. ช. และ 72.62° W D. ขั้วแม่เหล็กโลกใต้ - 80.37 ° S. ละติจูด 107.38° ตะวันออก เป็นต้น ความเอียงของแกนไดโพลเทียบกับแกนหมุนของโลกคือ 9.63°

เขตข้อมูลความผิดปกติของโลก

จริง เส้นแรงสนามแม่เหล็กของโลกแม้ว่าโดยเฉลี่ยจะอยู่ใกล้กับเส้นแรงไดโพล แต่ก็แตกต่างจากสิ่งผิดปกติในท้องถิ่นที่เกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของหินแม่เหล็กในเปลือกโลกซึ่งอยู่ใกล้กับพื้นผิว ด้วยเหตุนี้ในบางแห่ง พื้นผิวโลกพารามิเตอร์ของฟิลด์นั้นแตกต่างจากค่าในพื้นที่ใกล้เคียงอย่างมากซึ่งก่อให้เกิดความผิดปกติทางแม่เหล็กที่เรียกว่า พวกมันสามารถซ้อนทับกันได้หากร่างกายที่ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กซึ่งทำให้พวกมันอยู่ที่ระดับความลึกต่างกัน

การมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ขยายของเปลือกนอกนำไปสู่ความจริงที่ว่า ขั้วแม่เหล็กจริง- จุด (หรือค่อนข้างเป็นพื้นที่ขนาดเล็ก) ซึ่งเส้นสนามแม่เหล็กอยู่ในแนวตั้งอย่างแน่นอน - ไม่ตรงกับสนามแม่เหล็กโลกในขณะที่พวกมันไม่ได้อยู่บนพื้นผิวโลก แต่อยู่ใต้นั้น พิกัดของขั้วแม่เหล็ก ณ เวลาใดเวลาหนึ่งจะถูกคำนวณภายในกรอบของแบบจำลองต่างๆ ของสนามแม่เหล็กโลก โดยการหาค่าสัมประสิทธิ์ทั้งหมดในอนุกรมเกาส์เซียนด้วยวิธีวนซ้ำ ดังนั้น ตามแบบจำลอง WMM ปัจจุบัน ในปี 2558 ขั้วแม่เหล็กเหนืออยู่ที่ 86° N ละติจูด 159° ตะวันตก D. และทางใต้ - 64 ° S. ละติจูด 137° ตะวันออก ค่าของรุ่น IGRF12 ปัจจุบันแตกต่างกันเล็กน้อย: 86.3°N ละติจูด 160° ตะวันตก สำหรับขั้วโลกเหนือ 64.3°S w., 136.6 ° E สำหรับภาคใต้.

ตามลำดับ แกนแม่เหล็ก- เส้นตรงที่ผ่านขั้วแม่เหล็ก - ไม่ผ่านศูนย์กลางของโลกและไม่ใช่เส้นผ่านศูนย์กลาง

ตำแหน่งของขั้วทั้งหมดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง - ขั้วแม่เหล็กโลกจะเคลื่อนตัวเมื่อเทียบกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์โดยมีระยะเวลาประมาณ 1,200 ปี

สนามแม่เหล็กภายนอก

ถูกกำหนดโดยแหล่งที่มาในรูปแบบของระบบปัจจุบันที่อยู่นอกพื้นผิวโลกในชั้นบรรยากาศ ในส่วนบนของชั้นบรรยากาศ (100 กม. ขึ้นไป) - ชั้นไอโอโนสเฟียร์ - โมเลกุลของมันถูกแตกตัวเป็นไอออนก่อตัวเป็นพลาสมา ดังนั้นส่วนนี้ของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกจึงถูกเรียกว่า พลาสมาสเฟียร์. พลาสมาถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กโลก แต่สถานะของมันถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ - การไหลของพลาสมาของโคโรนาสุริยะ

ดังนั้น ที่ระยะห่างจากพื้นผิวโลกมากขึ้น สนามแม่เหล็กจึงไม่สมมาตร เนื่องจากมันถูกบิดเบือนภายใต้การกระทำของ ลมสุริยะ: จากด้านข้างของดวงอาทิตย์ มันหดตัว และในทิศทางจากดวงอาทิตย์ มันได้รับ "หาง" ซึ่งขยายออกไปหลายแสนกิโลเมตร ไปไกลกว่าวงโคจรของดวงจันทร์ รูปแบบ "หาง" ประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อพลาสมาของลมสุริยะและกระแสลมสุริยะไหลเวียนรอบพื้นผิวโลกเหมือนเดิม สนามแม่เหล็ก- พื้นที่ของอวกาศใกล้โลก ซึ่งยังคงควบคุมโดยสนามแม่เหล็กโลก ไม่ใช่โดยดวงอาทิตย์และแหล่งกำเนิดจากดาวเคราะห์อื่น มันแยกออกจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ แม่เหล็กโดยที่ความดันไดนามิกของลมสุริยะสมดุลกับความดันของสนามแม่เหล็กของมันเอง จุดใต้สุริยะของชั้นแมกนีโตสเฟียร์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ระยะ 10 โลกรัศมี * R⊕; ด้วยลมสุริยะที่อ่อน ระยะทางนี้ถึง 15-20 R ⊕ และในช่วงที่มีการรบกวนทางแม่เหล็กบนโลก แมกนีโทพอสสามารถไปไกลกว่าวงโคจร geostationary (6.6 R ⊕) . หางยาวที่ด้านกลางคืนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 40 R⊕ และยาวกว่า 900 R⊕; เริ่มต้นจากระยะทางประมาณ 8 R ⊕ มันถูกแบ่งออกเป็นส่วน ๆ โดยชั้นที่เป็นกลางแบนซึ่งการเหนี่ยวนำของสนามใกล้เคียงกับศูนย์

สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการกำหนดค่าเฉพาะของเส้นเหนี่ยวนำ ทำให้เกิดกับดักแม่เหล็กสำหรับอนุภาคที่มีประจุ - โปรตอนและอิเล็กตรอน มันจับและเก็บพวกมันไว้จำนวนมาก ดังนั้นชั้นแมกนีโตสเฟียร์จึงเป็นแหล่งกักเก็บอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่ง มวลรวมของพวกเขาตามการประมาณการต่างๆมีตั้งแต่ 1 กก. ถึง 10 กก. พวกเขาสร้างสิ่งที่เรียกว่า เข็มขัดกันรังสีปิดล้อมแผ่นดินทุกด้านยกเว้น บริเวณขั้วโลก. มันแบ่งออกเป็นสองเงื่อนไข - ภายในและภายนอก ขอบล่างของแถบด้านในตั้งอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 500 กม. ความหนาของมันคือหลายพันกิโลเมตร สายพานด้านนอกตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 10-15,000 กม. อนุภาคของแถบรังสีภายใต้การกระทำของแรง Lorentz มีความซับซ้อน การเคลื่อนไหวเป็นระยะจากซีกโลกเหนือไปทางใต้และย้อนกลับ ขณะที่เคลื่อนที่ช้าๆ รอบโลกในแนวราบ ขึ้นอยู่กับพลังงานที่พวกเขาสร้างขึ้น เลี้ยวเต็มรอบโลกในช่วงเวลาหลายนาทีถึงหนึ่งวัน

แมกนีโตสเฟียร์ไม่อนุญาตให้ไหลลงสู่พื้นโลก อนุภาคของจักรวาล. อย่างไรก็ตาม ที่หางของมัน ในระยะทางที่มากจากโลก ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกและด้วยเหตุนี้คุณสมบัติในการป้องกันจึงอ่อนลง และอนุภาคบางส่วนของพลาสมาสุริยะมีโอกาสเข้าไปในชั้นแมกนีโตสเฟียร์และกับดักแม่เหล็กของรังสี เข็มขัด. หางจึงทำหน้าที่เป็นจุดกำเนิดกระแสของอนุภาคที่ตกตะกอนซึ่งทำให้เกิดแสงออโรร่าและกระแสแสงออโรร่า ในบริเวณขั้วโลก ส่วนหนึ่งของการไหลของพลาสมาจากแสงอาทิตย์จะรุกล้ำชั้นบนของชั้นบรรยากาศจากแถบการแผ่รังสีของโลก และชนกับโมเลกุลของออกซิเจนและไนโตรเจน กระตุ้นหรือทำให้พวกมันแตกตัวเป็นไอออน และในระหว่างการเปลี่ยนกลับไปสู่สถานะที่ไม่ตื่นเต้น อะตอมของออกซิเจนจะปลดปล่อยออกมา โฟตอนที่มี λ = 0.56 μm และ λ \u003d 0.63 μm ในขณะที่โมเลกุลของไนโตรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนในระหว่างการรวมตัวกันใหม่จะเน้นแถบสีน้ำเงินและสีม่วงของสเปกตรัม ในขณะเดียวกันก็สังเกตเห็นแสงออโรราโดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบไดนามิกและสว่างในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็ก เกิดขึ้นระหว่างการรบกวนในชั้นแมกนีโตสเฟียร์ซึ่งเกิดจากความหนาแน่นและความเร็วของลมสุริยะที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับกิจกรรมสุริยะที่เพิ่มขึ้น

ตัวเลือกฟิลด์

การแสดงภาพของตำแหน่งของเส้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามโลกนั้นถูกกำหนดโดยเข็มแม่เหล็กซึ่งได้รับการแก้ไขในลักษณะที่สามารถหมุนได้อย่างอิสระทั้งรอบแนวตั้งและรอบแกนนอน (เช่นใน gimbals) - ในแต่ละจุดใกล้พื้นผิวโลกจะมีการติดตั้งในลักษณะใดแนวหนึ่งตามแนวเหล่านี้

เนื่องจากขั้วแม่เหล็กและขั้วทางภูมิศาสตร์ไม่ตรงกัน เข็มแม่เหล็กจึงระบุทิศเหนือ-ใต้โดยประมาณเท่านั้น ระนาบแนวตั้งที่ติดตั้งเข็มแม่เหล็กเรียกว่าระนาบของเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กของสถานที่ที่กำหนดและเส้นที่ระนาบนี้ตัดกับพื้นผิวโลกเรียกว่า เส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก. ดังนั้นเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กจึงเป็นเส้นโครงของสนามแม่เหล็กโลกบนพื้นผิวโลกโดยมาบรรจบกันที่ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ มุมระหว่างทิศทางของเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กและทางภูมิศาสตร์เรียกว่า การปฏิเสธแม่เหล็ก. อาจเป็นทิศตะวันตก (มักระบุด้วยเครื่องหมาย "-") หรือทิศตะวันออก (ระบุด้วยเครื่องหมาย "+") ขึ้นอยู่กับว่าขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็กเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันตกหรือทิศตะวันออกจากระนาบแนวตั้งของเส้นเมอริเดียนทางภูมิศาสตร์ .

นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วเส้นสนามแม่เหล็กโลกจะไม่ขนานกับพื้นผิวของมัน ซึ่งหมายความว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามโลกไม่ได้อยู่ในระนาบขอบฟ้าของสถานที่ที่กำหนด แต่สร้างมุมหนึ่งกับระนาบนี้ - เรียกว่า ความเอียงของแม่เหล็ก. มีค่าใกล้เคียงกับศูนย์ที่จุดเท่านั้น เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก- เส้นรอบวงของวงกลมใหญ่ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนแม่เหล็ก

การปฏิเสธแม่เหล็กและความเอียงของแม่เหล็กกำหนดทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามโลกในแต่ละสถานที่ และสามารถหาค่าตัวเลขของปริมาณนี้ได้ ทราบความเอียง และเส้นโครงอย่างใดอย่างหนึ่งของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B (\displaystyle \mathbf (B) )- บนแกนตั้งหรือแนวนอน (หลังสะดวกกว่าในทางปฏิบัติ) ดังนั้น พารามิเตอร์ทั้งสามนี้คือการปฏิเสธแม่เหล็ก ความเอียง และโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B (หรือเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็ก H (\displaystyle \mathbf (H) )) - กำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กโลกในตำแหน่งที่กำหนด ความรู้ที่แม่นยำของพวกเขาให้ได้มากที่สุด จำนวนมากจุดบนโลกมีความสำคัญอย่างยิ่ง การ์ดแม่เหล็กพิเศษถูกดึงขึ้นมา ไอโซโกเนส(เส้นปฏิเสธเท่ากัน) และ ไอโซไซไลน์(เส้นเอียงเท่ากัน) จำเป็นสำหรับการวางแนวด้วยเข็มทิศ

โดยเฉลี่ยแล้ว ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกอยู่ในช่วงตั้งแต่ 25,000 ถึง 65,000 nT (0.25 - 0.65 gauss) และขึ้นอยู่กับ ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์. ซึ่งสอดคล้องกับความแรงของสนามโดยเฉลี่ยประมาณ 0.5 (40 /) ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กมีค่าประมาณ 0.34 ที่ขั้วแม่เหล็กมีค่าประมาณ 0.66 Oe ในบางพื้นที่ ( ความผิดปกติของแม่เหล็ก) ความเข้มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว: ในพื้นที่ของความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์ถึง 2 Oe

ธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลก

เป็นครั้งแรกที่ J. Larmor พยายามอธิบายการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กของโลกและดวงอาทิตย์ในปี 1919 โดยเสนอแนวคิดของไดนาโม ตามที่สนามแม่เหล็กของเทห์ฟากฟ้ายังคงอยู่ภายใต้อิทธิพลของ การเคลื่อนที่แบบอุทกพลศาสตร์ของตัวกลางนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในปี 1934 ที. คาวลิงได้พิสูจน์ทฤษฎีบทเกี่ยวกับความเป็นไปไม่ได้ที่จะคงไว้ซึ่งสนามแม่เหล็กแบบแกนสมมาตรโดยใช้กลไกไดนาโมอุทกพลศาสตร์ และเนื่องจากนักเรียนส่วนใหญ่ เทห์ฟากฟ้า(และยิ่งไปกว่านั้น โลก) ได้รับการพิจารณาว่ามีสมมาตรในแนวแกน บนพื้นฐานของสิ่งนี้ อาจสันนิษฐานได้ว่าสนามของพวกมันจะสมมาตรในแนวแกนด้วย และการกำเนิดของมันตามหลักการนี้จะเป็นไปไม่ได้ตามทฤษฎีบทนี้ ต่อมาพบว่าไม่ใช่ทุกสมการที่มีสมมาตรตามแนวแกนซึ่งอธิบายกระบวนการสร้างสนามแม่เหล็กจะมีวิธีแก้ปัญหาสมมาตรตามแนวแกน และในปี 1950 พบวิธีแก้ปัญหาแบบอสมมาตร

ตั้งแต่นั้นมา ทฤษฎีไดนาโมก็ได้รับการพัฒนาจนประสบความสำเร็จ และในปัจจุบันคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กของโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ คือกลไกไดนาโมที่ตื่นเต้นในตัวเองตามรุ่น กระแสไฟฟ้าในตัวนำขณะที่มันเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กที่สร้างและขยายโดยกระแสเหล่านี้เอง เงื่อนไขที่จำเป็นถูกสร้างขึ้นในแกนกลางของโลก: ในแกนนอกที่เป็นของเหลวซึ่งประกอบด้วยเหล็กเป็นส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิประมาณ 4-6 พันเคลวิน ซึ่งนำกระแสได้อย่างสมบูรณ์ การไหลเวียนของความร้อนจะถูกสร้างขึ้นเพื่อขจัดความร้อนออกจากแกนในที่เป็นของแข็ง (เกิดจาก ไปจนถึงการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีหรือการปล่อยความร้อนแฝงระหว่างการแข็งตัวของสสารที่รอยต่อระหว่างแกนในและแกนนอกในขณะที่โลกค่อยๆ เย็นลง) แรงโคริโอลิสบิดการไหลเหล่านี้ให้เป็นเกลียวลักษณะเฉพาะ ก่อตัวขึ้นเรียกว่า เสาเทย์เลอร์. เนื่องจากแรงเสียดทานของชั้นพวกมันจึงได้รับประจุไฟฟ้าซึ่งก่อตัวเป็นกระแสวน ดังนั้น ระบบของกระแสจึงถูกสร้างขึ้นที่ไหลเวียนไปตามวงจรตัวนำในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก (ในตอนแรกแม้ว่าจะมีกำลังอ่อนมาก) เช่นเดียวกับในดิสก์ฟาราเดย์ มันสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่ดีของการไหลจะขยายสนามเริ่มต้นและในทางกลับกันจะขยายกระแสและกระบวนการขยายจะดำเนินต่อไปจนกว่าการสูญเสียเนื่องจากความร้อนของจูลซึ่งเพิ่มขึ้นตามกระแสที่เพิ่มขึ้น สมดุล พลังงานไหลเข้าเนื่องจากการเคลื่อนไหวทางอุทกพลศาสตร์

อธิบายกระบวนการนี้ในทางคณิตศาสตร์ สมการเชิงอนุพันธ์

∂ 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))),

ที่ไหน ยู- อัตราการไหลของของไหล ข- การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก , η = 1/μσ - ความหนืดแม่เหล็ก, σ คือค่าการนำไฟฟ้าของของเหลว และ μ คือค่าการซึมผ่านของแม่เหล็ก ซึ่งแทบไม่แตกต่างกันสำหรับค่าดังกล่าว อุณหภูมิสูงเมล็ดจากμ 0 - การซึมผ่านของสุญญากาศ

อย่างไรก็ตามสำหรับ คำอธิบายที่สมบูรณ์จำเป็นต้องเขียนระบบสมการแมกนีโตไฮโดรไดนามิก ในการประมาณ Boussinesq (ซึ่งทั้งหมด ลักษณะทางกายภาพของเหลวจะถือว่าคงที่ ยกเว้นแรงอาร์คิมีดีส ในการคำนวณซึ่งคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ) คือ:

• สมการนาเวียร์สโตกส์ประกอบด้วยคำศัพท์ที่แสดงถึงการกระทำร่วมกันของการหมุนและสนามแม่เหล็ก:

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 (\ โอเมก้า ) \times \mathbf (u) +\mathbf (J) \times \mathbf (B) ).

• สมการการนำความร้อน แสดงกฎการอนุรักษ์พลังงาน:

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

ความก้าวหน้าในเรื่องนี้ประสบความสำเร็จในปี 1995 โดยกลุ่มจากประเทศญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา นับจากช่วงเวลานี้ ผลการจำลองเชิงตัวเลขจำนวนหนึ่งสร้างลักษณะเชิงคุณภาพของสนามแม่เหล็กโลกในไดนามิกได้อย่างน่าพอใจ รวมถึงการพลิกกลับ

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลก

สิ่งนี้ยังยืนยันได้จากการเพิ่มขึ้นของมุมเปิดของยอดแหลม (ช่องขั้วในแมกนีโตสเฟียร์ทางทิศเหนือและทิศใต้) ซึ่งเพิ่มขึ้นถึง 45° ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1990 วัสดุการแผ่รังสีของลมสุริยะ อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และ รังสีคอสมิกอันเป็นผลมาจากการที่ ปริมาณมากสสารและพลังงาน ซึ่งอาจนำไปสู่ความร้อนเพิ่มเติม หมวกขั้วโลก [ ] .

พิกัดแม่เหล็กโลก (พิกัดแมคอิลไวน์)

ในฟิสิกส์ของรังสีคอสมิก มีการใช้พิกัดเฉพาะในสนามแม่เหล็กโลกอย่างกว้างขวาง โดยตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ คาร์ล แมคอิลเวน ( คาร์ล แมคอิลเวน) ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอการใช้ เนื่องจากอิงตามค่าคงที่ของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก จุดในสนามไดโพลมีลักษณะสองพิกัด (L, B) โดยที่ L คือเปลือกแม่เหล็กที่เรียกว่าหรือพารามิเตอร์ McIlwain (อังกฤษ L-shell, L-value, McIlwain L-parameter), B คือการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก (โดยปกติจะเป็น G) โดยปกติแล้วค่า L จะถูกใช้เป็นพารามิเตอร์ของเปลือกแม่เหล็กซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของระยะทางเฉลี่ยของเปลือกแม่เหล็กจริงจากศูนย์กลางของโลกในระนาบของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกกับรัศมีของโลก .

ประวัติการวิจัย

เมื่อไม่กี่พันปีก่อนใน จีนโบราณเป็นที่ทราบกันดีว่าวัตถุที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กนั้นอยู่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เข็มของเข็มทิศมักจะอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศ ด้วยเหตุนี้มนุษยชาติจึงสามารถใช้ลูกศร (เข็มทิศ) เพื่อนำทางในทะเลเปิดที่ห่างไกลจากชายฝั่ง อย่างไรก็ตาม ก่อนการเดินทางของโคลัมบัสจากยุโรปไปอเมริกา (ค.ศ. 1492) ความสนใจเป็นพิเศษไม่มีใครแสดงปรากฏการณ์ดังกล่าวต่อการศึกษาเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเชื่อว่ามันเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของลูกศรโดยดาวโพลาร์ ในยุโรปและทะเลรอบๆ เข็มทิศในเวลานั้นได้รับการติดตั้งเกือบตามแนวเส้นลมปราณทางภูมิศาสตร์ เมื่อข้าม มหาสมุทรแอตแลนติกโคลัมบัสสังเกตเห็นว่าประมาณกึ่งกลางระหว่างยุโรปและอเมริกา เข็มของเข็มทิศเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันตกเกือบ 12° ข้อเท็จจริงนี้ก่อให้เกิดความสงสัยในทันทีเกี่ยวกับความถูกต้องของสมมติฐานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับแรงดึงดูดของลูกศรโดย Polar Star ทำให้มีแรงผลักดันให้มีการศึกษาใหม่อย่างจริงจัง ปรากฏการณ์เปิด: นักเดินเรือต้องการข้อมูลเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลก จากช่วงเวลานั้น วิทยาศาสตร์ของแม่เหล็กโลกได้เริ่มต้นขึ้น การวัดค่าความเสื่อมของสนามแม่เหล็กอย่างแพร่หลาย นั่นคือ มุมระหว่างเส้นเมอริเดียนทางภูมิศาสตร์และแกนของเข็มแม่เหล็ก ซึ่งก็คือเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กได้เริ่มต้นขึ้น ในปี 1544 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน จอร์จ ฮาร์ทแมนค้นพบปรากฏการณ์ใหม่: เข็มแม่เหล็กไม่เพียงเบี่ยงเบนจากเส้นเมอริเดียนทางภูมิศาสตร์เท่านั้น แต่ยังถูกแขวนโดยจุดศูนย์ถ่วง มีแนวโน้มที่จะยืนอยู่ในมุมหนึ่งกับระนาบแนวนอน ซึ่งเรียกว่าความเอียงของแม่เหล็ก

จากช่วงเวลานั้นพร้อมกับการศึกษาปรากฏการณ์การโก่งตัว นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มศึกษาความเอียงของเข็มแม่เหล็กด้วย José de Acosta (หนึ่งใน ผู้ก่อตั้งธรณีฟิสิกส์อ้างอิงจาก Humboldt) ในตัวเขา เรื่องราว(ค.ศ. 1590) ทฤษฎีเส้นสี่เส้นปรากฏขึ้นครั้งแรกโดยไม่มีการปฏิเสธแม่เหล็ก เขาอธิบายการใช้เข็มทิศ มุมเบี่ยงเบน ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กและขั้วโลกเหนือ และความผันผวนของการเบี่ยงเบนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ระบุสถานที่ที่มีค่าเบี่ยงเบนเป็นศูนย์ เช่น ในอะซอเรส

จากการสังเกตพบว่ามีทั้งการลดลงและการเอียง ความหมายต่างๆใน จุดที่แตกต่างกันพื้นผิวโลก. ในขณะเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งเป็นไปตามรูปแบบที่ซับซ้อน การวิจัยของเธอทำให้แพทย์ประจำราชสำนักของควีนเอลิซาเบธชาวอังกฤษและนักปรัชญาธรรมชาติ วิลเลียม กิลเบิร์ต เสนอสมมติฐานในปี ค.ศ. 1600 ในหนังสือของเขาเรื่อง On the Magnet (“De Magnete”) ว่าโลกเป็นแม่เหล็กซึ่งมีขั้วตรงกัน กับ เสาทางภูมิศาสตร์. กล่าวอีกนัยหนึ่ง W. Gilbert เชื่อว่าสนามของโลกนั้นคล้ายกับสนามของทรงกลมที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก W. Hilbert ใช้คำกล่าวของเขาเกี่ยวกับการทดลองแบบจำลองดาวเคราะห์ของเรา ซึ่งเป็นลูกเหล็กแม่เหล็กและลูกธนูเหล็กขนาดเล็ก ข้อโต้แย้งหลักที่สนับสนุนสมมติฐานของเขา กิลเบิร์ตเชื่อว่าความเอียงของสนามแม่เหล็กที่วัดได้จากแบบจำลองดังกล่าวเกือบจะเหมือนกับความเอียงที่สังเกตได้บนพื้นผิวโลก ฮิลเบิร์ตอธิบายความแตกต่างระหว่างความโน้มเอียงของโลกและการลดลงของแบบจำลองโดยการกระทำที่หักเหของทวีปบนเข็มแม่เหล็ก แม้ว่าข้อเท็จจริงมากมายที่ตั้งขึ้นในภายหลังจะไม่ตรงกับสมมติฐานของฮิลแบร์ต แต่ก็ยังไม่สูญเสียความสำคัญจนถึงทุกวันนี้ แนวคิดพื้นฐานของ Hilbert ที่ว่าควรหาสาเหตุของแม่เหล็กโลกภายในโลกนั้นถูกต้อง เช่นเดียวกับข้อเท็จจริงที่ว่า ในการประมาณค่าครั้งแรก โลกเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นลูกแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ

ในปี 1634 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ เฮนรี่แกลลีบรันด์?!พบว่าการลดลงของสนามแม่เหล็กในลอนดอนเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา นี่เป็นหลักฐานแรกที่บันทึกไว้เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางโลก - การเปลี่ยนแปลงปกติ (จากปีต่อปี) ในค่าเฉลี่ยรายปีของส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กโลก

มุมของการปฏิเสธและความเอียงกำหนดทิศทางในอวกาศของความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก แต่ไม่สามารถให้ค่าตัวเลขได้ จนถึงสิ้นศตวรรษที่สิบแปด การวัดขนาดของความเข้มไม่ได้ทำขึ้นเนื่องจากไม่ทราบกฎของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและวัตถุที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2328-2332 Charles Coulomb นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้ตั้งกฎที่ตั้งชื่อตามเขาและความเป็นไปได้ของการวัดดังกล่าวก็ปรากฏขึ้น ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 18 พร้อมกับการสังเกตการลดลงและการเอียง การสังเกตอย่างกว้างขวางขององค์ประกอบแนวนอนเริ่มขึ้น ซึ่งเป็นการฉายภาพของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กบนระนาบแนวนอน (รู้การปฏิเสธและความเอียง เราสามารถคำนวณได้เช่นกัน ขนาดของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กทั้งหมด)

งานทางทฤษฎีชิ้นแรกเกี่ยวกับสิ่งที่ประกอบเป็นสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งก็คือขนาดและทิศทางของความเข้มของมันในแต่ละจุดบนพื้นผิวโลกเป็นเท่าใด เป็นของ Karl Gauss นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ในปี พ.ศ. 2377 เขาได้ให้นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับส่วนประกอบของแรงตึงตามฟังก์ชันของพิกัด - ละติจูดและลองจิจูดของไซต์สังเกตการณ์ การใช้นิพจน์นี้เป็นไปได้ที่จะค้นหาค่าของส่วนประกอบใด ๆ ที่เรียกว่าองค์ประกอบของแม่เหล็กโลกสำหรับแต่ละจุดบนพื้นผิวโลก ผลงานนี้และงานอื่นๆ ของ Gauss กลายเป็นรากฐานในการสร้างสิ่งก่อสร้างของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่เกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็กโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี พ.ศ. 2382 เขาได้พิสูจน์ว่าส่วนหลักของสนามแม่เหล็กมาจากโลกและต้องหาสาเหตุของการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในค่าของมัน สภาพแวดล้อมภายนอก.

ในปี พ.ศ. 2374 จอห์น รอสส์ นักสำรวจขั้วโลกชาวอังกฤษได้ค้นพบขั้วแม่เหล็กเหนือในหมู่เกาะแคนาดา ซึ่งเป็นบริเวณที่เข็มแม่เหล็กอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง นั่นคือ ความเอียง 90° และในปี พ.ศ. 2384 เจมส์ รอสส์ (หลานชายของจอห์น รอสส์) ได้ไปถึงขั้วแม่เหล็กโลกอีกขั้วหนึ่ง ซึ่งตั้งอยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา

ดูสิ่งนี้ด้วย

• อินเตอร์แมกเน็ท (ภาษาอังกฤษ)

หมายเหตุ

1. นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาพบว่าสนามแม่เหล็กโลกมีอายุมากกว่าที่คาดไว้ถึง 700 ล้านปี
2. เอ็ดเวิร์ด โคโนโนวิช. สนามแม่เหล็กของโลก (ไม่มีกำหนด) . http://www.krugosvet.ru/. สารานุกรมรอบโลก: สารานุกรมออนไลน์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมสากล สืบค้นเมื่อ 2017-04-26.
3. Geomagnetismสำหรับคำถามที่พบบ่อย(ภาษาอังกฤษ) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. ศูนย์ข้อมูลสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ (NCEI) สืบค้นเมื่อ 23 เมษายน 2560.
4. เอ. ไอ. ไดเชนโก.ขั้วแม่เหล็กของโลก - มอสโก: สำนักพิมพ์ของศูนย์มอสโกเพื่อการศึกษาทางคณิตศาสตร์อย่างต่อเนื่อง, 2546. - 48 น. - ISBN5-94057-080-1.
5. A. V. Vikulin ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว สนามแม่เหล็กโลกและแม่เหล็กไฟฟ้าของโลก// รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์ของโลก กวดวิชาสำหรับความเชี่ยวชาญพิเศษด้านธรณีฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัย.. - สำนักพิมพ์แห่งรัฐคัมชัตกา มหาวิทยาลัยการสอน, 2547. - 240 น. - ISBN5-7968-0166-X.

โครงสร้างและลักษณะของสนามแม่เหล็กโลก

ที่ระยะห่างเล็กน้อยจากพื้นผิวโลก ประมาณสามรัศมี เส้นสนามแม่เหล็กจะมีการจัดเรียงตัวคล้ายไดโพล บริเวณนี้เรียกว่า พลาสมาสเฟียร์โลก.

เมื่อคุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิวโลก ผลกระทบของลมสุริยะจะเพิ่มขึ้น: จากด้านข้างของดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กโลกจะถูกบีบอัด และจากฝั่งตรงข้ามซึ่งเป็นฝั่งกลางคืน จะถูกดึงเป็น "หาง" ยาว

พลาสมาสเฟียร์

ผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกเกิดจากกระแสในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ นี่คือพื้นที่ของบรรยากาศชั้นบนที่ยื่นออกมาจากระดับความสูงประมาณ 100 กม. ขึ้นไป ประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก พลาสมาถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กโลก แต่สถานะของมันถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กโลกกับลมสุริยะ ซึ่งจะอธิบายความเชื่อมโยงของพายุแม่เหล็กบนโลกกับเปลวสุริยะ

ตัวเลือกฟิลด์

จุดของโลกที่ความแรงของสนามแม่เหล็กมีทิศทางในแนวตั้งเรียกว่าขั้วแม่เหล็ก บนโลกมีจุดดังกล่าวอยู่ 2 จุด คือ ขั้วแม่เหล็กเหนือและขั้วแม่เหล็กใต้

เส้นตรงที่ผ่านขั้วแม่เหล็กเรียกว่าแกนแม่เหล็กโลก เส้นรอบวงของวงกลมใหญ่ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนแม่เหล็กเรียกว่าเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก เวกเตอร์สนามแม่เหล็กที่จุดของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กมีทิศทางในแนวนอนโดยประมาณ

สนามแม่เหล็กโลกมีลักษณะเป็นการรบกวนที่เรียกว่า geomagnetic pulsation เนื่องจากการกระตุ้นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในชั้นแมกนีโตสเฟียร์ของโลก ช่วงความถี่ของระลอกขยายจากมิลลิเฮิรตซ์เป็นหนึ่งกิโลเฮิรตซ์

เส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก

เส้นเมอริเดียนแม่เหล็กคือการฉายเส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกบนพื้นผิวของมัน เส้นโค้งที่ซับซ้อนมาบรรจบกันที่ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ของโลก

สมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลก

ที่ ครั้งล่าสุดสมมติฐานได้รับการพัฒนาขึ้นโดยเชื่อมโยงการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโลกกับการไหลของกระแสในแกนโลหะเหลว ประมาณว่าโซนที่กลไก "ไดนาโมแม่เหล็ก" ทำงานอยู่ที่ระยะ 0.25-0.3 ของรัศมีโลก กลไกการสร้างสนามที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้บนดาวเคราะห์ดวงอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแกนกลางของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ (ตามสมมติฐานบางประการ พวกมันประกอบด้วยไฮโดรเจนโลหะเหลว)

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลก

สิ่งนี้ยังยืนยันได้จากการเพิ่มขึ้นของมุมเปิดของยอดแหลม (ช่องขั้วในแมกนีโตสเฟียร์ทางทิศเหนือและทิศใต้) ซึ่งเพิ่มขึ้นถึง 45° ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1990 วัสดุการแผ่รังสีของลมสุริยะ อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และรังสีคอสมิกพุ่งเข้าไปในช่องว่างที่กว้างขึ้น อันเป็นผลมาจากสสารและพลังงานจำนวนมากเข้าสู่บริเวณขั้วโลก ซึ่งอาจนำไปสู่ความร้อนเพิ่มเติมของฝาครอบขั้วโลก

พิกัดแม่เหล็กโลก (พิกัดแมคอิลเวน)

ในฟิสิกส์ของรังสีคอสมิก มีการใช้พิกัดเฉพาะในสนามแม่เหล็กโลกอย่างกว้างขวาง โดยตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ คาร์ล แมคอิลเวน ( คาร์ล แมคอิลเวน) ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอการใช้ เนื่องจากอิงตามค่าคงที่ของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก จุดในสนามไดโพลมีลักษณะสองพิกัด (L, B) โดยที่ L คือเปลือกแม่เหล็กที่เรียกว่าหรือพารามิเตอร์ McIlwain (อังกฤษ L-shell, L-value, McIlwain L-parameter ), B คือการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก (โดยปกติจะเป็น G) โดยปกติแล้วค่า L จะถูกใช้เป็นพารามิเตอร์ของเปลือกแม่เหล็กซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของระยะทางเฉลี่ยของเปลือกแม่เหล็กจริงจากศูนย์กลางของโลกในระนาบของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกกับรัศมีของโลก .

ประวัติการวิจัย

ความสามารถของวัตถุแม่เหล็กที่จะอยู่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งนั้นเป็นที่รู้จักของชาวจีนเมื่อหลายพันปีก่อน

ในปี ค.ศ. 1544 Georg Hartmann นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ค้นพบความโน้มเอียงของแม่เหล็ก ความเอียงของสนามแม่เหล็กคือมุมที่ลูกศรภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลกเบี่ยงเบนจากระนาบแนวนอนขึ้นหรือลง ในซีกโลกเหนือของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก (ซึ่งไม่ตรงกับเส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์) ปลายด้านเหนือของลูกศรจะเบี่ยงเบนลงทางใต้ - ในทางกลับกัน ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กเส้นสนามแม่เหล็กจะขนานกับพื้นผิวโลก

เป็นครั้งแรกที่ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกซึ่งทำให้เกิดพฤติกรรมของวัตถุแม่เหล็กดังกล่าวแสดงโดย แพทย์อังกฤษและนักปรัชญาธรรมชาติ วิลเลียม กิลเบิร์ต วิลเลียม กิลเบิร์ต) ในปี ค.ศ. 1600 ในหนังสือของเขาเรื่อง On the Magnet ("De Magnete") ซึ่งเขาได้อธิบายการทดลองด้วยลูกบอลแร่แม่เหล็กและลูกธนูเหล็กขนาดเล็ก กิลเบิร์ตสรุปว่าโลกเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ จากการสังเกตของ Henry Gellibrand นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ เฮนรี่ เกลลิแบรนด์) แสดงว่าสนามแม่เหล็กโลกไม่คงที่ แต่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ

มุมที่เข็มแม่เหล็กเบี่ยงเบนจากทิศเหนือ-ใต้เรียกว่า การปฏิเสธแม่เหล็ก. คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสค้นพบว่าการลดลงของสนามแม่เหล็กไม่คงที่ แต่เปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลง พิกัดทางภูมิศาสตร์. การค้นพบโคลัมบัสเป็นแรงผลักดันสำหรับการศึกษาใหม่เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลก: กะลาสีต้องการข้อมูลเกี่ยวกับมัน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M. V. Lomonosov ในปี 1759 ในรายงาน "วาทกรรมเกี่ยวกับความแม่นยำสูง เส้นทางเดินเรือ” ให้คำแนะนำที่มีค่าเกี่ยวกับวิธีเพิ่มความแม่นยำของการอ่านค่าเข็มทิศ เพื่อศึกษาแม่เหล็กโลก M. V. Lomonosov แนะนำให้จัดเครือข่ายจุดถาวร (หอดูดาว) เพื่อทำการสังเกตการณ์แม่เหล็กอย่างเป็นระบบ การสังเกตดังกล่าวควรได้รับการดำเนินการอย่างกว้างขวางในทะเลเช่นกัน แนวคิดของ Lomonosov ในการจัดระเบียบหอดูดาวแม่เหล็กได้รับการตระหนักในรัสเซียเพียง 60 ปีต่อมา

ในปี พ.ศ. 2374 จอห์น รอสส์ นักสำรวจขั้วโลกชาวอังกฤษได้ค้นพบขั้วแม่เหล็กในหมู่เกาะแคนาดา ซึ่งเป็นบริเวณที่เข็มแม่เหล็กอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง นั่นคือ ความเอียง 90° ในปี พ.ศ. 2384 เจมส์ รอสส์ (หลานชายของจอห์น รอสส์) ได้ไปถึงขั้วแม่เหล็กโลกอีกขั้วหนึ่ง ซึ่งตั้งอยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา

คาร์ล เกาส์ (เยอรมัน) คาร์ล ฟรีดริช เกาส์) หยิบยกทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลก และในปี 1839 ได้พิสูจน์ว่าส่วนหลักมาจากโลก และต้องหาสาเหตุของการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในค่าของมันในสภาพแวดล้อมภายนอก

ดูสิ่งนี้ด้วย

• อินเตอร์แมกเน็ท ( ภาษาอังกฤษ)

หมายเหตุ

วรรณกรรม

• Sivukhin D.V.รายวิชาฟิสิกส์ทั่วไป. - เอ็ด ประการที่ 4 โปรเฟสเซอร์ - ม.: Fizmatlit; สำนักพิมพ์ สสวท., 2547. - เล่มที่ 3. ไฟฟ้า. - 656 หน้า - ไอ 5-9221-0227-3; ไอ 5-89155-086-5
• Koshkin N.I. , Shirkevich M.G.หนังสืออ้างอิง ฟิสิกส์เบื้องต้น. - ม.: Nauka, 1976.
• เอ็น. วี. โคโรนอฟสกี้สนามแม่เหล็กโลกในอดีตทางธรณีวิทยา Soros Educational Journal, N5, 1996, น. 56-63

ลิงค์

แผนที่การเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็กโลกในช่วงปี 1600 ถึง 1995

ข้อมูลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

• การพลิกกลับของสนามแม่เหล็กในประวัติศาสตร์ธรณีวิทยาของโลก
• อิทธิพลของการผกผันของสนามแม่เหล็กต่อสภาพอากาศและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2553 .

ดูว่า "สนามแม่เหล็กโลก" คืออะไรในพจนานุกรมอื่น ๆ :

ระยะทาง? 3R= (R= รัศมีของโลก) ตรงกับสนามของลูกบอลแม่เหล็กที่สม่ำเสมอซึ่งมีความแรงของสนามโดยประมาณ? 55 7 A/m (0.70 Oe) ที่ขั้วแม่เหล็กโลก และ 33.4 A/m (0.42 Oe) ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก ที่ระยะทาง 3R สนามแม่เหล็ก ... ... พจนานุกรมสารานุกรมเล่มใหญ่

พื้นที่รอบๆ โลกซึ่งพลังของแม่เหล็กโลกถูกเปิดเผย สนามแม่เหล็กโลกมีลักษณะเฉพาะด้วยเวกเตอร์ความแรง ความเอียงของสนามแม่เหล็ก และการลดลงของสนามแม่เหล็ก เอ็ดเวิร์ด คำอธิบายพจนานุกรมทหารเรือ พ.ศ. 2553 ... พจนานุกรมเรือเดินทะเล

ตามแนวคิดสมัยใหม่ มันก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน และจากนั้นโลกของเราก็ถูกล้อมรอบด้วยสนามแม่เหล็ก ทุกสิ่งบนโลก รวมทั้งคน สัตว์ และพืช ล้วนได้รับผลกระทบ

สนามแม่เหล็กแผ่ขยายไปถึงความสูงประมาณ 100,000 กม. (รูปที่ 1) มันหันเหหรือจับอนุภาคลมสุริยะที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ก่อตัวขึ้น เข็มขัดรังสีโลก และบริเวณทั้งหมดของพื้นที่ใกล้โลกที่พวกมันตั้งอยู่เรียกว่า สนามแม่เหล็ก(รูปที่ 2) ที่ด้านของโลกที่ส่องสว่างด้วยดวงอาทิตย์ ชั้นแมกนีโตสเฟียร์ล้อมรอบด้วยพื้นผิวทรงกลมที่มีรัศมีประมาณ 10-15 รัศมีโลก และด้านตรงข้ามจะยาวเหมือนหางของดาวหางเป็นระยะทางถึงหลายพัน รัศมีโลกสร้างหางแม่เหล็กโลก แมกนีโตสเฟียร์ถูกแยกออกจากสนามระหว่างดาวเคราะห์โดยช่วงเปลี่ยนผ่าน

ขั้วแม่เหล็กโลก

แกนของแม่เหล็กโลกจะเอียงตามแกนการหมุนของโลก 12° อยู่ห่างจากใจกลางโลกประมาณ 400 กม. จุดที่แกนนี้ตัดกับพื้นผิวของดาวเคราะห์คือ ขั้วแม่เหล็กขั้วแม่เหล็กของโลกไม่ตรงกับขั้วทางภูมิศาสตร์ที่แท้จริง ปัจจุบันพิกัดของขั้วแม่เหล็กมีดังนี้: เหนือ - 77 ° N.L. และ 102° W; ภาคใต้ - (65 ° S และ 139 ° E)

ข้าว. 1. โครงสร้างของสนามแม่เหล็กโลก

ข้าว. 2. โครงสร้างของแมกนีโตสเฟียร์

เส้นแรงที่วิ่งจากขั้วแม่เหล็กหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งเรียกว่า เส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก. มุมที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กและทางภูมิศาสตร์เรียกว่า การปฏิเสธแม่เหล็ก. ทุกที่บนโลกมีมุมเอียงของตัวเอง ในภูมิภาคมอสโก มุมที่ลดลงคือ 7° ไปทางทิศตะวันออก และใน Yakutsk ประมาณ 17° ไปทางทิศตะวันตก ซึ่งหมายความว่าปลายด้านเหนือของเข็มทิศในมอสโกวเบี่ยงเบนโดย T ไปทางขวาของเส้นเมอริเดียนทางภูมิศาสตร์ที่ผ่านมอสโกว และในยาคุตสค์ - ไปทางซ้ายของเส้นเมอริเดียนที่เกี่ยวข้อง 17 °

เข็มแม่เหล็กที่แขวนลอยอย่างอิสระจะอยู่ในแนวนอนบนเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กเท่านั้น ซึ่งไม่ตรงกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ หากคุณเคลื่อนไปทางเหนือของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก ปลายด้านเหนือของลูกศรจะค่อยๆ เลื่อนลง มุมที่เกิดจากเข็มแม่เหล็กและ ระนาบแนวนอน, เรียกว่า ความเอียงของแม่เหล็ก. ที่ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ ความเอียงของแม่เหล็กจะมากที่สุด มันเท่ากับ 90° ที่ขั้วแม่เหล็กเหนือ เข็มแม่เหล็กที่แขวนอย่างอิสระจะถูกติดตั้งในแนวตั้งโดยให้ปลายด้านเหนืออยู่ด้านล่าง และที่ขั้วแม่เหล็กใต้ ปลายด้านใต้จะเลื่อนลง ดังนั้น เข็มแม่เหล็กจึงแสดงทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กเหนือพื้นผิวโลก

เมื่อเวลาผ่านไป ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลกจะเปลี่ยนไป

ขั้วแม่เหล็กถูกค้นพบโดยนักสำรวจ เจมส์ ซี. รอส ในปี 1831 ห่างจากตำแหน่งปัจจุบันหลายร้อยกิโลเมตร โดยเฉลี่ยแล้วเขาเคลื่อนที่ 15 กม. ต่อปี ที่ ปีที่แล้วความเร็วของการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น ขั้วโลกเหนือกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 40 กม. ต่อปี

การกลับขั้วของแม่เหล็กโลกเรียกว่า การผกผันของสนามแม่เหล็ก.

ตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของโลกของเรา สนามแม่เหล็กโลกได้เปลี่ยนขั้วมากกว่า 100 ครั้ง

สนามแม่เหล็กมีความเข้ม ในบางแห่งบนโลก เส้นสนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนไปจากสนามปกติ ทำให้เกิดความผิดปกติ ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ของ Kursk Magnetic Anomaly (KMA) ความแรงของสนามจะสูงกว่าปกติถึงสี่เท่า

มีการเปลี่ยนแปลงรายวันในสนามแม่เหล็กโลก สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโลกคือกระแสไฟฟ้าที่ไหลในชั้นบรรยากาศ ระดับความสูง. พวกเขาถูกเรียกว่า รังสีดวงอาทิตย์. ภายใต้การกระทำของลมสุริยะ สนามแม่เหล็กโลกจะบิดเบี้ยวและได้รับ "หาง" ในทิศทางจากดวงอาทิตย์ซึ่งทอดยาวหลายแสนกิโลเมตร สาเหตุหลักของการเกิดขึ้นของลมสุริยะอย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วคือการขับสสารออกจากโคโรนาของดวงอาทิตย์อย่างยิ่งใหญ่ เมื่อเคลื่อนที่มายังโลก พวกมันจะกลายเป็นเมฆแม่เหล็กและนำไปสู่การรบกวนที่รุนแรงและบางครั้งก็รุนแรงบนโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรบกวนที่รุนแรงของสนามแม่เหล็กโลก - พายุแม่เหล็ก. พายุแม่เหล็กบางลูกเกิดขึ้นโดยไม่คาดคิดและเกือบจะพร้อมกันทั่วทั้งโลก ในขณะที่พายุอื่นๆ จะค่อยๆ ก่อตัวขึ้น สามารถอยู่ได้นานหลายชั่วโมงหรือหลายวัน บ่อยครั้งที่พายุแม่เหล็กเกิดขึ้น 1-2 วันหลังจากการลุกจ้าของดวงอาทิตย์เนื่องจากการเคลื่อนตัวของโลกผ่านกระแสของอนุภาคที่พุ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ ตามเวลาที่ล่าช้า ความเร็วของการไหลของร่างกายประมาณหลายล้านกม./ชม.

ในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็กแรงสูง การทำงานปกติของโทรเลข โทรศัพท์ และวิทยุจะหยุดชะงัก

พายุแม่เหล็กมักพบที่ละติจูด 66-67° (ในเขตแสงออโรรา) และเกิดขึ้นพร้อมกันกับแสงออโรรา

โครงสร้างของสนามแม่เหล็กโลกแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่ การซึมผ่านของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นทางขั้ว เหนือบริเวณขั้วโลก เส้นสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับพื้นผิวโลกไม่มากก็น้อย และมีรูปร่างเป็นกรวย ส่วนหนึ่งของลมสุริยะจากด้านกลางวันทะลุเข้าไปในชั้นบรรยากาศแม่เหล็กแล้วเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบน อนุภาคจากหางของชั้นแมกนีโตสเฟียร์พุ่งมาที่นี่ในช่วงที่มีพายุแม่เหล็ก มาถึงขอบเขตของบรรยากาศชั้นบนที่ละติจูดสูงของภาคเหนือและ ซีกโลกใต้. อนุภาคมีประจุเหล่านี้ทำให้เกิดแสงออโรร่าที่นี่

ดังนั้น พายุแม่เหล็กและการเปลี่ยนแปลงรายวันของสนามแม่เหล็กจึงได้รับการอธิบายโดยรังสีดวงอาทิตย์ ดังที่เราได้ค้นพบแล้ว แต่อะไรคือสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดแม่เหล็กถาวรของโลก? ในทางทฤษฎี สามารถพิสูจน์ได้ว่า 99% ของสนามแม่เหล็กโลกเกิดจากแหล่งที่มาที่ซ่อนอยู่ภายในดาวเคราะห์ สนามแม่เหล็กหลักเกิดจากแหล่งที่อยู่ในส่วนลึกของโลก พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มโดยประมาณ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับกระบวนการในแกนโลกซึ่งเนื่องจากการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอของสารนำไฟฟ้าระบบจึงถูกสร้างขึ้น กระแสไฟฟ้า. อีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าหิน เปลือกโลก, ถูกแม่เหล็กโดยหลัก สนามไฟฟ้า(สนามของนิวเคลียส) สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองซึ่งเพิ่มเข้าไปในสนามแม่เหล็กของนิวเคลียส

นอกจากสนามแม่เหล็กรอบโลกแล้ว ยังมีสนามอื่นๆ อีก: ก) ความโน้มถ่วง; ข) ไฟฟ้า ค) ความร้อน

สนามแรงโน้มถ่วงโลกเรียกว่าสนามแรงโน้มถ่วง มันถูกนำไปตามแนวดิ่งที่ตั้งฉากกับพื้นผิวของ geoid ถ้าโลกมีวงรีแห่งการปฏิวัติและมีมวลกระจายอยู่ในนั้นเท่าๆ กัน มันก็จะมีสนามโน้มถ่วงปกติ ความแตกต่างระหว่างความเข้มของสนามโน้มถ่วงที่แท้จริงและตามทฤษฎีคือความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง แตกต่าง องค์ประกอบของวัสดุความหนาแน่นของหินทำให้เกิดความผิดปกติเหล่านี้ แต่เหตุผลอื่นก็เป็นไปได้เช่นกัน สิ่งเหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยกระบวนการต่อไปนี้ - ความสมดุลของเปลือกโลกที่แข็งและค่อนข้างเบาบนเนื้อโลกส่วนบนที่หนักกว่า ซึ่งความดันของชั้นที่อยู่ด้านบนเท่ากัน กระแสน้ำเหล่านี้ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค และด้วยเหตุนี้จึงสร้างรูปนูนขนาดใหญ่ของโลก แรงโน้มถ่วงทำให้ชั้นบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ ผู้คน สัตว์บนโลก ต้องคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงเมื่อศึกษากระบวนการใน ซองจดหมายทางภูมิศาสตร์. คำว่า " geotropism” เรียกการเคลื่อนไหวของการเจริญเติบโตของอวัยวะพืชซึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจะให้ทิศทางการเติบโตของรากหลักที่ตั้งฉากกับพื้นผิวโลกในแนวตั้งเสมอ ชีววิทยาแรงโน้มถ่วงใช้พืชเป็นวัตถุทดลอง

หากไม่คำนึงถึงแรงโน้มถ่วงก็เป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการปล่อยจรวดและ ยานอวกาศทำการสำรวจแร่แบบกราวิเมตริกและสุดท้ายก็เป็นไปไม่ได้ การพัฒนาต่อไปดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ และวิทยาศาสตร์อื่นๆ