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Historicamente, toda a vida na Terra se desenvolveu no meio eletromagnéticocampo do nosso planeta. EMF da Terra - SHIELD para fatores ionizantes cósmicos.

O globo está carregado negativamente, a atmosfera está carregada positivamente. No topo

100-200 km está localizada a ionosfera - uma camada de partículas carregadas positivamente.

O campo eletromagnético da Terra tem frequência de 10 Hz. A intensidade do campo magnético da Terra é de cerca de 500 miligauss.

Uma lacuna foi descoberta no campo magnético da Terra. Esta lacuna é dez vezes maior do que o estimado anteriormente. Através dele, o “vento solar” pode entrar e “carregar” a magnetosfera da Terra, o que provoca poderosas perturbações geomagnéticas.

A emissão de rádio do Sol também atinge a Terra. Frequências de ondas eletromagnéticas

Sole galáxiasfaixa de 10 MHz a 10 GHz.

Terra- este é um ímã, onde em áreas da zona geográfica norte localizado Pólo Sul , Um

V regiãoUMvocê ainda pólo geográfico sul- norte. Geomagnética (linhas de campo) saem da área sentadoerpólo magnético e, cobrindo o planeta, entrar nas regiões sul magnéticoo postes. Fluxos de partículas carregadas (elétrons e prótons) do Sol, em contato com a casca magnética da Terra, comprimem as linhas de força do lado do Sol e as afastam do lado oposto. Sim, obrigado "vento solar" a Terra aparece "cauda magnética". Naturalmente, nos seres vivos, a concha magnética determina o curso do relógio biológico. Acredita-se que a interação do campo magnético de baixa frequência da Terra com o biocampo humano, não apenas tem um efeito benéfico no corpo, mas também é uma condição necessária para o seu desenvolvimentoEU e existência. Existe uma teoria de que a permanência prolongada de uma pessoa a uma altitude superior a 5 metros afeta negativamente seu bem-estar, e na maior parte do dia ela deveria estar a 1-3 m da Terra.

As perturbações magnéticas podem ocorrer esporadicamente em todo o planeta, localmente, periodicamente, em algumas partes do planeta, e constantemente em diferentes regiões, por exemplo, ao longo do dia. Em áreas de descargas atmosféricas na atmosfera, a intensidade do componente elétrico do CEM é de dezenas, centenas, milhares de V/m em frequências de cerca de 10 kHz. Uma das principais causas das exacerbações cardiovasculares são os distúrbios nos campos geomagnéticos, ou seja, alterações ou gradiente do campo geomagnético ao longo do tempo. Essas alterações podem durar de uma fração de segundo a vários minutos.

Foi descrito em humanos pelo cientista japonês Nakagawa há cinquenta anos. Síndrome de "deficiência de campo magnético", ou seja, uma diminuição forças protetoras organismo quando o campo magnético da Terra diminui por vários motivos.

Ar atmosférico tem condutividade elétrica. Além disso, a sua condutividade depende do conteúdo de partículas estranhas. Em Kislovodsk - o número de partículas carregadas negativamente no ar por 1 cm 3 é de 1,5 mil, no sopé de Kuzbass - 6.000, em Moscou - 4, em São Petersburgo - 9 (caracterizado por contaminação por poeira e gás). Quanto mais íons carregados negativamente no ar, mais fácil será respirar.

A força do campo magnético da Terra na costa do Mar Negro é de 1 oersted, nos pólos Sul e Norte - 0,7 Oe, no equador - 0,1-0,3 Oe, na Europa - cerca de - 0,5 Oe; no Brasil - 0,24 Oe - na Antártica - 0,68 Oe. Em locais de congestionamento minérios de ferro surgir anomalias magnéticas. Na área da anomalia magnética de Kursk, a intensidade do campo magnético é de -2 Oe.

Intensidade do campo magnético planetário Mercúrio - 0,002 Oe , Lua - 10 - 5 E, espaço interestelar - 10 - 8 Oe, tipo de estrelas "anã branca" é enorme - 10 7 E.Essa característica também é enormeestrelas de nêutrons e estrelas pulsares - 10 12 Oe.

Explosões solarescausar tempestades magnéticas na atmosfera terrestre não com tanta frequência, já que o “traço” da explosão, via de regra, passaalém da Terra. Para que uma explosão solar leve a uma tempestade magnética na Terra, as seguintes condições são necessárias: força suficiente do “vento solar”, direção oposta campos geomagnéticos e interplanetários e uma trajetória que permite estar próximo da magnetosfera terrestre. A probabilidade de ambas as condições ocorrerem ao mesmo tempo não é muito alta.. Portanto, as explicações sobre doenças humanas devido a tempestades magnéticas são muitas vezes infundadas e associadas amudanças pressão atmosférica e a intensidade do CEM da Terra. Os cientistas chegam a concluir que as previsões são prejudiciais tempestades magnéticas, até 2 dias - eles são imprecisos. E pessoas suspeitas só conseguem reagir quando isso é mencionado. Muitas vezes, mesmo as tempestades magnéticas de tamanho médio não são causadas por erupções no Sol, mas por áreas de maior densidade formadas quando correntes rápidas e lentas do “vento solar” colidem. Portanto, a atividade solar não tem absolutamente nada a ver com isso.

Explosões solares de acordo com sua intensidade, são divididos em cinco classes: A, B, C, M e X. Ao passar da classe mínima - A0,0, correspondente à potência de radiação na órbita terrestre de 10 nW/m 2 - para cada próxima aula o poder de radiação aumenta dez vezes. A classe mais perigosa para a Terra é X. Desde que a Terra esteja no caminho de propagação das ondas, podem ocorrer mau funcionamento na operação de instrumentos de satélite, comunicações terrestres, etc. Ao longo de 37 anos de observações, foram registradas 35 explosões da classe X7 e superiores. Acredita-se que eles não representem perigo para os seres humanos.

Os distúrbios magnéticos na Terra são classificados de acordo com escala de índice de perturbação magnética Kp (amplitude de oscilação), possuindo 10 níveis. Cr de 0 a 3 - magnetosfera silenciosa, nível 4 - indignado, 5 - 9 - tempestades magnéticas cinco aulas. Como exemplo, a rede de estações magnéticas terrestres dos EUA no Centro de Meteorologia Espacial da Força Aérea registrou uma tempestade geomagnética de classe 5 em 24 de outubro de 2011, que foi o resultado de uma poderosa ejeção de plasma no Sol em 22 de outubro; O observatório orbital russo TESIS informou em 5 de abril de 2010 que a tempestade magnética mais forte foi registrada em um ano e meio.

Esses modelos globais são como o Campo de Referência Geomagnética Internacional e o IGRF. Modelo Magnético Mundial (WMM)- são criados por diversas organizações geofísicas internacionais, e a cada 5 anos são aprovados e publicados conjuntos atualizados de coeficientes de Gauss, que determinam todos os dados sobre o estado do campo geomagnético e seus parâmetros. Assim, de acordo com o modelo WMM2015, o pólo geomagnético norte (essencialmente o pólo sul do ímã) tem coordenadas de 80,37° N. c. e 72,62° W. d., pólo geomagnético sul - 80,37° sul. latitude, 107,38° leste. d., a inclinação do eixo dipolo em relação ao eixo de rotação da Terra é 9,63°.

Campos de anomalias mundiais

As linhas de campo reais do campo magnético da Terra, embora em média próximas às linhas de campo dipolo, diferem delas nas irregularidades locais associadas à presença de rochas magnetizadas na crosta localizada perto da superfície. Por conta disso, em alguns locais da superfície terrestre, os parâmetros de campo diferem muito dos valores de áreas próximas, formando as chamadas anomalias magnéticas. Eles podem se sobrepor se os corpos magnetizados que os causam estiverem em profundidades diferentes.

A existência de campos magnéticos de regiões locais estendidas das camadas externas leva ao fato de que pólos magnéticos verdadeiros- pontos (ou melhor, pequenas áreas) em que as linhas do campo magnético são absolutamente verticais - não coincidem com as geomagnéticas e não ficam na superfície da própria Terra, mas abaixo dela. As coordenadas dos pólos magnéticos em um determinado momento também são calculadas no âmbito de vários modelos de campo geomagnético, encontrando todos os coeficientes da série gaussiana usando um método iterativo. Assim, de acordo com o modelo atual do WMM, em 2015 o pólo magnético norte estava localizado a 86° N. latitude, 159°W. longo., e o sul - 64° S. latitude, 137° leste. Os valores do modelo IGRF12 atual são um pouco diferentes: 86,3° N. latitude, 160°W. long., para o pólo norte, 64,3° sul. latitude, 136,6° E para sul.

Respectivamente, eixo magnético- uma linha reta que passa pelos pólos magnéticos não passa pelo centro da Terra e não é o seu diâmetro.

As posições de todos os pólos estão mudando constantemente - o pólo geomagnético precessa em relação ao pólo geográfico com um período de cerca de 1.200 anos.

Campo magnético externo

É determinado por fontes na forma de sistemas de corrente localizados fora da superfície terrestre em sua atmosfera. Na parte superior da atmosfera (100 km e acima) - a ionosfera - suas moléculas são ionizadas, formando plasma, por isso esta parte da magnetosfera terrestre, que se estende por uma distância de até três de seus raios, é chamada plasmasfera. O plasma é mantido pelo campo magnético da Terra, mas o seu estado é determinado pela sua interação com o vento solar - o fluxo de plasma da coroa solar.

Assim, a uma distância maior da superfície terrestre, o campo magnético é assimétrico, pois se distorce sob a influência do vento solar: do lado do Sol é comprimido, e na direção do Sol adquire um “ trilha” que se estende por centenas de milhares de quilômetros, indo além da órbita da Lua. Esta forma peculiar de “cauda” ocorre quando o plasma do vento solar e os fluxos corpusculares solares fluem ao redor da superfície da Terra. magnetosfera- uma região do espaço próximo à Terra, ainda controlada pelo campo magnético da Terra, e não pelo Sol e outras fontes interplanetárias; está separado do espaço interplanetário magnetopausa, onde a pressão dinâmica do vento solar é equilibrada pela pressão do seu próprio campo magnético. O ponto subsolar da magnetosfera está em média a uma distância de 10 raios terrestres * R⊕; com vento solar fraco, essa distância chega a 15-20 R⊕, e durante períodos de perturbações magnéticas na Terra, a magnetopausa pode ir além da órbita geoestacionária (6,6 R⊕). A cauda alongada do lado noturno tem um diâmetro de cerca de 40 R⊕ e um comprimento de mais de 900 R⊕; partindo de uma distância de cerca de 8 R⊕, é dividido em partes por uma camada neutra plana na qual a indução do campo é próxima de zero.

Devido à configuração específica das linhas de indução, o campo geomagnético cria uma armadilha magnética para partículas carregadas - prótons e elétrons. Ele captura e retém um grande número deles, de modo que a magnetosfera é uma espécie de reservatório de partículas carregadas. Sua massa total, segundo várias estimativas, varia de 1 kg a 10 kg. Eles formam os chamados cinto de radiação, cobrindo a Terra por todos os lados, exceto pelas regiões polares. É convencionalmente dividido em dois - interno e externo. O limite inferior do cinturão interno está a uma altitude de cerca de 500 km, sua espessura é de vários milhares de quilômetros. O cinturão externo está localizado a uma altitude de 10 a 15 mil km. As partículas do cinturão de radiação, sob a influência da força de Lorentz, realizam movimentos periódicos complexos do Hemisfério Norte para o Hemisfério Sul e vice-versa, enquanto simultaneamente se movem lentamente ao redor da Terra em azimute. Dependendo da energia, eles fazem uma revolução completa ao redor da Terra em um tempo que varia de alguns minutos a um dia.

A magnetosfera não permite que fluxos de partículas cósmicas se aproximem da Terra. Porém, em sua cauda, ​​​​a grandes distâncias da Terra, a intensidade do campo geomagnético e, portanto, suas propriedades protetoras, são enfraquecidas, e algumas partículas de plasma solar conseguem entrar na magnetosfera e nas armadilhas magnéticas dos cinturões de radiação. A cauda serve assim como local para a formação de correntes de partículas precipitantes, causando auroras e correntes aurorais. Nas regiões polares, parte do fluxo de plasma solar invade as camadas superiores da atmosfera a partir do cinturão de radiação terrestre e, colidindo com as moléculas de oxigênio e nitrogênio, as excita ou ioniza, e quando retornam ao estado não excitado, os átomos de oxigênio emitem fótons com λ = 0,56 μm e λ = 0,63 μm, enquanto as moléculas de nitrogênio ionizado, ao se recombinarem, destacam as faixas azul e violeta do espectro. Ao mesmo tempo, são observadas auroras, especialmente dinâmicas e brilhantes durante tempestades magnéticas. Eles ocorrem durante perturbações na magnetosfera causadas por um aumento na densidade e velocidade do vento solar com o aumento da atividade solar.

Opções de campo

Uma representação visual da posição das linhas de indução magnética do campo terrestre é dada por uma agulha magnética, fixada de tal forma que pode girar livremente em torno do eixo vertical e horizontal (por exemplo, em um cardan) - é é instalado em cada ponto próximo à superfície da Terra de uma certa maneira ao longo destas linhas.

Como os pólos magnético e geográfico não coincidem, a agulha magnética indica a direção de norte a sul apenas aproximadamente. O plano vertical no qual a agulha magnética está instalada é denominado plano do meridiano magnético de um determinado local, e a linha ao longo da qual esse plano cruza a superfície da Terra é denominada meridiano magnético. Assim, os meridianos magnéticos são projeções das linhas do campo magnético da Terra em sua superfície, convergindo nos pólos magnéticos norte e sul. O ângulo entre as direções dos meridianos magnéticos e geográficos é chamado declinação magnética. Pode ser ocidental (frequentemente indicado por um “-”) ou oriental (indicado por um “+”), dependendo se o pólo norte da agulha magnética se desvia para oeste ou leste do plano vertical do meridiano geográfico.

Além disso, as linhas do campo magnético da Terra não são, em geral, paralelas à sua superfície. Isso significa que a indução magnética do campo terrestre não se encontra no plano do horizonte de um determinado local, mas forma um certo ângulo com este plano - é chamado inclinação magnética. É próximo de zero apenas nos pontos equador magnético- um grande círculo em um plano perpendicular ao eixo magnético.

A declinação magnética e a inclinação magnética determinam a direção da indução magnética do campo terrestre em cada local específico. E o valor numérico desta quantidade pode ser encontrado conhecendo a inclinação e uma das projeções do vetor de indução magnética B (\ displaystyle \ mathbf (B) )- no eixo vertical ou horizontal (este último é mais conveniente na prática). Assim, esses três parâmetros são a declinação magnética, a inclinação e a magnitude do vetor de indução magnética B (ou o vetor de intensidade do campo magnético H (\ displaystyle \ mathbf (H) )) - caracterizar completamente o campo geomagnético em um determinado local. Seu conhecimento exato para o máximo grande número pontos na Terra tem extremamente importante. São elaborados cartões magnéticos especiais, nos quais isógonos(linhas de mesma declinação) e isóclinas(linhas de igual inclinação) necessárias para orientação com bússola.

Em média, a intensidade do campo magnético da Terra varia de 25.000 a 65.000 nT (0,25 - 0,65 G) e depende fortemente de localização geográfica. Isto corresponde a uma intensidade de campo média de cerca de 0,5 (40/). No equador magnético seu valor é de cerca de 0,34, nos pólos magnéticos - cerca de 0,66 Oe. Em algumas áreas (anomalias magnéticas), a intensidade aumenta acentuadamente: na área da anomalia magnética de Kursk atinge 2 Oe.

A natureza do campo magnético da Terra

Pela primeira vez, J. Larmore tentou explicar a existência dos campos magnéticos da Terra e do Sol em 1919, propondo o conceito de dínamo, segundo o qual a manutenção do campo magnético de um corpo celeste ocorre sob a influência do movimento hidrodinâmico de um meio eletricamente condutor. No entanto, em 1934 T. Carenagem provou o teorema sobre a impossibilidade de manter um campo magnético axissimétrico através de um mecanismo de dínamo hidrodinâmico. E como a maioria dos que estudaram corpos celestes(e especialmente a Terra) foram considerados axialmente simétricos, com base nisso foi possível supor que seu campo também seria axialmente simétrico, e então sua geração de acordo com este princípio seria impossível de acordo com este teorema. Posteriormente foi demonstrado que nem todas as equações com simetria axial que descrevem o processo de geração de um campo magnético terão solução axialmente simétrica, e na década de 1950. soluções assimétricas foram encontradas.

Desde então, a teoria do dínamo tem se desenvolvido com sucesso, e hoje a explicação mais provável geralmente aceita para a origem do campo magnético da Terra e de outros planetas é um mecanismo de dínamo autoexcitante baseado na geração de uma corrente elétrica em um condutor à medida que se move em um campo magnético gerado e amplificado por essas próprias correntes. As condições necessárias são criadas no núcleo da Terra: no núcleo externo líquido, consistindo principalmente de ferro a uma temperatura de cerca de 4-6 mil Kelvin, que conduz bem a corrente, são criados fluxos convectivos que removem o calor do núcleo interno sólido (gerado devido à decomposição de elementos radioativos ou à liberação de calor oculto durante a solidificação da matéria na fronteira entre o núcleo interno e externo à medida que o planeta esfria gradualmente). As forças de Coriolis torcem esses fluxos em espirais características, formando os chamados Pilares Taylor. Devido ao atrito das camadas, elas adquirem carga elétrica, formando correntes de loop. Assim, cria-se um sistema de correntes circulando ao longo do circuito condutor em condutores que se movem no campo magnético (inicialmente presente, embora muito fraco), como em um disco de Faraday. Ele cria um campo magnético que, com uma geometria de fluxo favorável, amplifica o campo inicial, e este, por sua vez, amplifica a corrente, e o processo de amplificação continua até que as perdas de calor Joule, crescendo com o aumento da corrente, equilibrem o influxo de energia chegando devido a movimentos hidrodinâmicos.

Matematicamente, este processo é descrito pela equação diferencial

Onde você- velocidade do fluxo do fluido, B- indução magnética, η = 1/μσ - viscosidade magnética, σ é a condutividade elétrica do líquido e μ é a permeabilidade magnética, que praticamente não difere em uma temperatura tão alta do núcleo de μ 0 - a permeabilidade do vácuo.

Contudo para descrição completaé necessário escrever um sistema de equações magnetohidrodinâmicas. Na aproximação de Boussinesq (na qual todas as características físicas do líquido são consideradas constantes, exceto a força de Arquimedes, cujo cálculo leva em consideração as mudanças na densidade devido às diferenças de temperatura), isto é:

• Equação de Navier-Stokes, contendo termos que expressam o efeito combinado de rotação e campo magnético:

• Equação de condutividade térmica que expressa a lei da conservação da energia:

Um avanço neste sentido foi alcançado em 1995 por grupos do Japão e dos Estados Unidos. A partir deste momento, os resultados de diversos trabalhos de modelagem numérica reproduzem satisfatoriamente as características qualitativas do campo geomagnético em dinâmica, incluindo inversões.

Mudanças no campo magnético da Terra

Isto é confirmado pelo atual aumento no ângulo de abertura das cúspides (lacunas polares na magnetosfera no norte e no sul), que atingiu 45° em meados da década de 1990. O material de radiação do vento solar, do espaço interplanetário e dos raios cósmicos invadiu as lacunas ampliadas, como resultado mais matéria e energia, o que pode levar ao aquecimento adicional das calotas polares [ ] .

Coordenadas geomagnéticas (coordenadas McIlwain)

A física dos raios cósmicos utiliza amplamente coordenadas específicas no campo geomagnético, em homenagem ao cientista Carl McIlwain ( Carl McIlwain), que foi o primeiro a propor a sua utilização, uma vez que se baseiam nos invariantes do movimento das partículas num campo magnético. Um ponto em um campo dipolo é caracterizado por duas coordenadas (L, B), onde L é a chamada camada magnética, ou parâmetro de McIlwain. L-shell, valor L, parâmetro McIlwain L), B - indução de campo magnético (geralmente em G). O parâmetro da camada magnética é geralmente considerado o valor L, igual à razão entre a distância média da camada magnética real do centro da Terra no plano do equador geomagnético e o raio da Terra. .

História da pesquisa

Há alguns milhares de anos em China Antiga sabia-se que os objetos magnetizados estão localizados em uma determinada direção, em particular, a agulha da bússola sempre ocupa uma determinada posição no espaço. Graças a isso, a humanidade há muito tempo é capaz de usar essa flecha (bússola) para navegar em mar aberto, longe da costa. No entanto, antes da viagem de Colombo da Europa para a América (1492) atenção especial Ninguém se preocupou em estudar esse fenômeno, pois os cientistas da época acreditavam que ele ocorria em decorrência da atração da flecha pela Estrela Polar. Na Europa e nos mares que a banhavam, a bússola da época era colocada quase ao longo do meridiano geográfico. Ao cruzar o Oceano Atlântico, Colombo notou que aproximadamente a meio caminho entre a Europa e a América, a agulha da bússola desviou quase 12° para oeste. Este fato imediatamente levantou dúvidas sobre a correção da hipótese anterior sobre a atração da agulha pela Estrela do Norte e deu impulso a um estudo sério do fenômeno recém-descoberto: os marinheiros precisavam de informações sobre o campo magnético da Terra. A partir deste momento começou a ciência do magnetismo terrestre, começaram as medições generalizadas da declinação magnética, ou seja, o ângulo entre o meridiano geográfico e o eixo da agulha magnética, ou seja, o meridiano magnético. Em 1544, um cientista alemão Georg Hartmann descobriu um novo fenômeno: a agulha magnética não apenas se desvia do meridiano geográfico, mas, estando suspensa no centro de gravidade, tende a formar um determinado ângulo em relação ao plano horizontal, denominado inclinação magnética.

A partir desse momento, além de estudar o fenômeno da deflexão, os cientistas também começaram a estudar a inclinação da agulha magnética. José de Acosta (um dos fundadores da geofísica, segundo Humboldt) em seu Histórias(1590) apareceu pela primeira vez a teoria das quatro linhas sem declinação magnética. Descreveu a utilização da bússola, o ângulo de deflexão, as diferenças entre o Pólo Magnético e o Pólo Norte, e a variação das deflexões de um ponto para outro, identificando locais com deflexão zero, como os Açores.

Como resultado das observações, descobriu-se que tanto a declinação quanto a inclinação têm significados diferentes V pontos diferentes superfície da Terra. Além disso, as suas mudanças de ponto a ponto estão sujeitas a alguns padrões complexos. A sua investigação permitiu ao médico da corte da Rainha Isabel de Inglaterra e ao filósofo natural William Gilbert apresentar em 1600 no seu livro “De Magnete” a hipótese de que a Terra é um íman, cujos pólos coincidem com os pólos geográficos. Em outras palavras, W. Gilbert acreditava que o campo da Terra é semelhante ao campo de uma esfera magnetizada. W. Gilbert baseou sua afirmação em um experimento com um modelo do nosso planeta, que é uma bola de ferro magnetizada e uma pequena flecha de ferro. Gilbert acreditava que o principal argumento a favor de sua hipótese era que a inclinação magnética medida nesse modelo era quase igual à inclinação observada na superfície da Terra. Gilbert explicou a discrepância entre a declinação da Terra e a declinação do modelo pelo efeito de deflexão dos continentes na agulha magnética. Embora muitos fatos apurados posteriormente não coincidam com a hipótese de Hilbert, ela não perde seu significado até hoje. A ideia principal de Gilbert de que a causa do magnetismo terrestre deveria ser procurada dentro da Terra revelou-se correta, assim como o fato de que, numa primeira aproximação, a Terra é de fato um grande ímã, que é uma bola uniformemente magnetizada.

Em 1634, um astrônomo inglês Henry Gellibrand?! descobriram que a declinação magnética em Londres muda com o tempo. Esta foi a primeira evidência registrada de variações seculares - mudanças regulares (de ano para ano) nos valores médios anuais dos componentes do campo geomagnético.

Os ângulos de declinação e inclinação determinam a direção no espaço da intensidade do campo magnético da Terra, mas não podem fornecer seu valor numérico. Até finais do século XVIII. medições de intensidade não foram feitas porque as leis de interação entre o campo magnético e os corpos magnetizados não eram conhecidas. Só depois em 1785-1789. O físico francês Charles Coulomb estabeleceu uma lei com seu nome, e a possibilidade de tais medições tornou-se possível. A partir do final do século XVIII, juntamente com a observação da declinação e inclinação, começaram as observações generalizadas da componente horizontal, que é uma projeção do vetor de intensidade do campo magnético no plano horizontal (conhecendo a declinação e a inclinação, é possível calcular o valor do vetor de intensidade do campo magnético total).

Primeiro trabalho teórico sobre o que é o campo magnético da Terra, ou seja, qual a magnitude e a direção de sua intensidade em cada ponto da superfície terrestre, pertence ao matemático alemão Carl Gauss. Em 1834, ele deu uma expressão matemática para os componentes da tensão em função das coordenadas - latitude e longitude do local de observação. Usando esta expressão, é possível para cada ponto da superfície terrestre encontrar os valores de qualquer um dos componentes, que são chamados de elementos do magnetismo terrestre. Esta e outras obras de Gauss tornaram-se a base sobre a qual foi construído o edifício da ciência moderna do magnetismo terrestre. Em particular, em 1839 ele provou que a maior parte do campo magnético sai da Terra, e a causa de pequenos e curtos desvios em seus valores deve ser buscada no ambiente externo.

Em 1831, o explorador polar inglês John Ross descobriu o pólo norte magnético no arquipélago canadense – região onde a agulha magnética ocupa uma posição vertical, ou seja, a inclinação é de 90°. E em 1841, James Ross (sobrinho de John Ross) alcançou o outro pólo magnético da Terra, localizado na Antártica.

Veja também

• Interímã (Inglês)

Notas

1. Cientistas nos EUA descobriram que o campo magnético da Terra é 700 milhões de anos mais velho do que se pensava anteriormente
2. Eduardo Kononovich. Campo magnético da Terra (indefinido) . http://www.krugosvet.ru/. Enciclopédia ao redor do mundo: Enciclopédia científica popular on-line universal. Recuperado em 26/04/2017.
3. Geomagnetismo Perguntas Frequentes Perguntas (Inglês) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. Centros Nacionais de Informação Ambiental (NCEI). Recuperado em 23 de abril de 2017.
4. A. I. Dyachenko. Pólos magnéticos da Terra. - Moscou: Editora do Centro de Educação Matemática Continuada de Moscou, 2003. - 48 p. - ISBN 5-94057-080-1.
5. A. V. Vikulin. VII.  Campo geomagnético e eletromagnetismo da Terra // Introdução à física da Terra. Tutorial

para especialidades geofísicas de universidades.. - Editora da Universidade Pedagógica do Estado de Kamchatka, 2004. - 240 p. - ISBN 5-7968-0166-X.

O campo magnético da Terra é uma formação gerada por fontes dentro do planeta. É objeto de estudo na seção correspondente de geofísica. A seguir, vamos dar uma olhada mais de perto no que é o campo magnético da Terra e como ele é formado.

Não muito longe da superfície da Terra, aproximadamente a uma distância de três de seus raios, as linhas de força do campo magnético estão localizadas ao longo de um sistema de “duas cargas polares”. Há uma área chamada “esfera de plasma” aqui. Com a distância da superfície do planeta, aumenta a influência do fluxo de partículas ionizadas da coroa solar. Isto leva à compressão da magnetosfera no lado do Sol e, pelo contrário, o campo magnético da Terra é esticado no lado oposto, a sombra.

Esfera de Plasma

O movimento direcional de partículas carregadas nas camadas superiores da atmosfera (ionosfera) tem um efeito notável no campo magnético da superfície da Terra. A localização deste último fica a cem quilômetros ou mais da superfície do planeta. O campo magnético da Terra mantém a plasmasfera. No entanto, a sua estrutura depende fortemente da atividade do vento solar e da sua interação com a camada confinante. E a frequência das tempestades magnéticas em nosso planeta é determinada pelas erupções do Sol.

Terminologia

Existe um conceito de “eixo magnético da Terra”. Esta é uma linha reta que passa pelos pólos correspondentes do planeta. O "equador magnético" é o grande círculo do plano perpendicular a este eixo. O vetor nele tem uma direção próxima da horizontal. A força média do campo magnético da Terra depende significativamente da localização geográfica. É aproximadamente igual a 0,5 Oe, ou seja, 40 A/m. No equador magnético, esse mesmo indicador é de aproximadamente 0,34 Oe, e perto dos pólos está próximo de 0,66 Oe. Em algumas anomalias do planeta, por exemplo, dentro da anomalia de Kursk, o indicador é aumentado e chega a 2 Oe. linhas da magnetosfera terrestre com estrutura complexa, projetadas em sua superfície e convergindo em seus próprios pólos, são chamadas de “meridianos magnéticos”.

Natureza da ocorrência. Suposições e conjecturas

Não faz muito tempo, a suposição sobre a conexão entre o surgimento da magnetosfera terrestre e o fluxo de corrente no núcleo de metal líquido, localizado a uma distância de um quarto a um terço do raio do nosso planeta, ganhou o direito de existir . Os cientistas também têm uma suposição sobre as chamadas “correntes telúricas” que fluem perto da crosta terrestre. Deve-se dizer que com o tempo há uma transformação na formação. O campo magnético da Terra mudou várias vezes nos últimos cento e oitenta anos. Isso está registrado na crosta oceânica e é evidenciado por estudos de magnetização remanente. Ao comparar áreas em ambos os lados das dorsais oceânicas, determina-se o tempo de divergência dessas áreas.

Mudança do pólo magnético da Terra

A localização dessas partes do planeta não é constante. O fato de seus deslocamentos foi registrado desde o final do século XIX. No Hemisfério Sul, o pólo magnético mudou 900 km nessa época e acabou no Oceano Índico. Processos semelhantes estão ocorrendo na parte Norte. Aqui o pólo se move em direção à anomalia magnética em Sibéria Oriental. De 1973 a 1994, a distância percorrida pelo local até aqui foi de 270 km. Esses dados pré-calculados foram posteriormente confirmados por medições. De acordo com os dados mais recentes, a velocidade de movimento do pólo magnético do Hemisfério Norte aumentou significativamente. Cresceu de 10 km/ano na década de setenta do século passado para 60 km/ano no início deste século. Ao mesmo tempo, a força do campo magnético da Terra diminui de forma desigual. Assim, nos últimos 22 anos, em alguns locais diminuiu 1,7%, e algures 10%, embora também existam áreas onde, pelo contrário, aumentou. A aceleração no deslocamento dos pólos magnéticos (em aproximadamente 3 km por ano) dá motivos para supor que o movimento observado hoje não é uma excursão, mas outra inversão.

Isto é indiretamente confirmado pelo aumento das chamadas “lacunas polares” no sul e no norte da magnetosfera. O material ionizado da coroa solar e do espaço penetra rapidamente nas expansões resultantes. Como resultado, uma quantidade crescente de energia é coletada nas regiões circumpolares da Terra, o que por si só está repleto de aquecimento adicional das calotas polares.

Coordenadas

Na ciência dos raios cósmicos, são utilizadas coordenadas do campo geomagnético, em homenagem ao cientista McIlwain. Ele foi o primeiro a propor seu uso porque se baseiam em variantes modificadas da atividade de elementos carregados em um campo magnético. Para um ponto, são utilizadas duas coordenadas (L, B). Eles caracterizam a casca magnética (parâmetro McIlwain) e a indução de campo L. Este último é um parâmetro igual à razão entre a distância média da esfera do centro do planeta e seu raio.

"Inclinação magnética"

Vários milhares de anos atrás, os chineses fizeram descoberta incrível. Eles descobriram que objetos magnetizados podem ser posicionados em uma determinada direção. E em meados do século XVI, Georg Cartmann, um cientista alemão, fez outra descoberta nesta área. Foi assim que surgiu o conceito de “inclinação magnética”. Este nome refere-se ao ângulo de desvio da seta para cima ou para baixo do plano horizontal sob a influência da magnetosfera do planeta.

Da história da pesquisa

Na região do equador magnético norte, diferente do equador geográfico, o extremo norte se move para baixo, e no sul, ao contrário, para cima. Em 1600, o médico inglês William Gilbert fez pela primeira vez suposições sobre a presença do campo magnético terrestre, que provoca um certo comportamento de objetos que antes eram magnetizados. Em seu livro, ele descreveu um experimento com uma bola equipada com uma flecha de ferro. Como resultado de sua pesquisa, ele chegou à conclusão de que a Terra é um grande ímã. O astrônomo inglês Henry Gellibrant também conduziu experimentos. Como resultado de suas observações, ele chegou à conclusão de que o campo magnético da Terra está sujeito a mudanças lentas.

José de Acosta descreveu a possibilidade de usar uma bússola. Ele também estabeleceu como os Pólos Magnético e Norte diferem, e em seu história famosa(1590) a teoria das linhas sem deflexão magnética foi fundamentada. Cristóvão Colombo também deu uma contribuição significativa ao estudo do tema em questão. Ele foi o responsável pela descoberta da variabilidade da declinação magnética. As transformações são feitas dependendo de mudanças nas coordenadas geográficas. A declinação magnética é o ângulo de desvio da agulha da direção Norte-Sul. Em conexão com a descoberta de Colombo, as pesquisas se intensificaram. Informações sobre o que é o campo magnético da Terra eram extremamente necessárias para os navegadores. M.V. Lomonosov também trabalhou neste problema. Para estudar o magnetismo terrestre, ele recomendou a realização de observações sistemáticas utilizando pontos permanentes (semelhantes aos observatórios). Também era muito importante, segundo Lomonosov, fazer isso no mar. Essa ideia do grande cientista foi concretizada na Rússia sessenta anos depois. A descoberta do Pólo Magnético no arquipélago canadense pertence ao explorador polar inglês John Ross (1831). E em 1841 descobriu outro pólo do planeta, mas na Antártida. A hipótese sobre a origem do campo magnético da Terra foi apresentada por Carl Gauss. Ele logo provou que a maior parte é alimentada por uma fonte dentro do planeta, mas a razão de seus pequenos desvios está no ambiente externo.

Referência

Gauss (designação russa Гс, internacional - G) é uma unidade de medida de indução magnética no sistema CGS. Nomeado em homenagem ao físico e matemático alemão Carl Friedrich Gauss.

1G = 100 µT;

1 T = 104 Gs.

Pode ser expresso através das unidades básicas de medida do sistema CGS da seguinte forma: 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1.

Experiência

Fonte: livros didáticos de física sobre magnetismo, curso de Berkeley.

Tópico: m campos magnéticos na matéria.

Alvo: descubra como diferentes substâncias reagem a um campo magnético.

Vamos imaginar alguns experimentos com um campo muito forte. Suponhamos que fizemos um solenóide com diâmetro interno de 10 cm e comprimento de 40 cm.

1. Design de bobina que cria um forte campo magnético. É mostrada uma seção transversal de um enrolamento através do qual flui água de resfriamento. 2. Curva de magnitude do campo B 2 no eixo da bobina.

Seu diâmetro externo é de 40 cm e a maior parte do espaço é preenchida com enrolamento de cobre. Tal bobina fornecerá um campo constante de 30.000 gs no centro, se você trazer 400 para ele kW energia elétrica e abastecimento de água cerca de 120 eu por minuto para remover o calor.

Esses dados específicos são fornecidos para mostrar que, embora o dispositivo não seja nada extraordinário, ainda é um ímã de laboratório bastante respeitável.

A magnitude do campo no centro do íman é aproximadamente 10 5 vezes o campo magnético da Terra e provavelmente 5 ou 10 vezes mais forte do que o campo próximo de qualquer barra de ferro ou íman em forma de ferradura!

Perto do centro do solenóide, o campo é bastante uniforme e diminui aproximadamente pela metade no eixo próximo às extremidades da bobina.

Conclusões

Assim, como mostram as experiências, em tais ímanes a intensidade do campo (isto é, indução ou intensidade), tanto dentro como fora do íman, é quase cinco ordens de grandeza maior do que o campo da Terra.

Além disso, apenas duas vezes – não “às vezes!” - é menor fora do ímã.

E, ao mesmo tempo, é 5 a 10 vezes mais poderoso que um ímã permanente convencional.

A intensidade média do campo terrestre na superfície é de cerca de 0,5 Oe (5,10 -5 Tesla)

No entanto, já a algumas centenas de metros (se não dezenas) de tal ímã, a agulha da bússola magnética não responde nem ao ligar nem ao desligar a corrente.

Ao mesmo tempo, reage bem ao campo terrestre ou às suas anomalias à menor mudança de posição. O que isto significa?

Em primeiro lugar, sobre o valor claramente subestimado da indução do campo magnético terrestre - isto é, não a indução em si, mas como a medimos.

Medimos a reação do quadro com a corrente, o ângulo de sua rotação no campo magnético terrestre.

Qualquer magnetômetro é construído com base no princípio de medição não direta, mas indireta:

Somente pela natureza da mudança no valor da tensão;

Somente na superfície da Terra, próximo a ela na atmosfera e próximo ao espaço.

Não sabemos a origem do campo com um máximo específico. Medimos apenas a diferença na intensidade do campo em vários pontos, e o gradiente de intensidade não muda muito com a altura. Nenhum cálculo matemático para determinar o máximo ao usar a abordagem clássica funciona aqui.

Efeito do campo magnético – experimentos

Sabe-se que mesmo campos magnéticos fortes praticamente não têm efeito nos processos químicos e bioquímicos. Você pode colocar sua mão (sem relógio de pulso!) em um solenóide com campo de 30 kgf sem quaisquer consequências visíveis. É difícil dizer a que classe de substâncias pertence a sua mão - paramagnética ou diamagnética, mas a força que atua sobre ela não será, em qualquer caso, superior a alguns gramas. Gerações inteiras de ratos foram criadas e criadas em campos magnéticos fortes que não tiveram nenhum efeito perceptível sobre eles. Outros experimentos biológicos também não encontraram efeitos magnéticos dignos de nota nos processos biológicos.

Importante lembrar!

Seria errado presumir que os efeitos fracos sempre passam sem consequências. Considerações semelhantes poderiam levar à conclusão de que a gravidade não tem valor energético em escala molecular, mas mesmo assim as árvores na encosta crescem verticalmente. A explicação, aparentemente, está na força total que atua sobre um objeto biológico cujas dimensões são muito maiores que as dimensões da molécula. Na verdade, um fenómeno semelhante (“tropismo”) foi demonstrado experimentalmente no caso de plântulas que crescem na presença de um campo magnético muito não uniforme.

A propósito, se você colocar a cabeça em um campo magnético forte e sacudi-la, sentirá o “sabor” da corrente eletrolítica na boca, o que evidencia a presença de uma força eletromotriz induzida.

Ao interagir com a matéria, os papéis dos campos magnéticos e elétricos são diferentes. Como os átomos e as moléculas são constituídos por moléculas que se movem lentamente cargas elétricas, as forças elétricas durante os processos moleculares dominam as magnéticas.

Conclusões

O impacto do campo magnético de tal ímã em objetos biológicos nada mais é do que uma picada de mosquito. Qualquer criatura viva ou a planta está constantemente sob a influência de um magnetismo terrestre muito mais forte.

Portanto, o efeito de um campo medido incorretamente não é perceptível.

Cálculos

1 gauss=1 10 -4 tesla.

A unidade de intensidade do campo geomagnético (T) no sistema Cu é ampere por metro (A/m). Outra unidade, Oersted (E) ou gama (G), igual a 10 -5 Oe, também foi utilizada na prospecção magnética. Porém, o parâmetro do campo magnético praticamente medido é a indução magnética (ou densidade de fluxo magnético). A unidade de indução magnética no sistema C é o tesla (T). Na prospecção magnética, utiliza-se uma unidade menor de nanotesla (nT), igual a 10 -9 Tesla. Visto que para a maioria dos ambientes em que o campo magnético é estudado (ar, água, a grande maioria das rochas sedimentares não magnéticas), o campo magnético da Terra pode ser medido quantitativamente em unidades de indução magnética (em nT) ou no campo correspondente força - gama.

A figura mostra a força total do campo magnético da Terra para a época de 1980. As isolinhas T são traçadas através de 4 μT (do livro "Métodos geofísicos em geologia regional" de P. Sharma).

Por isso

Nos pólos, os componentes verticais da indução magnética são aproximadamente iguais a 60 μT e os componentes horizontais são zero. No equador, a componente horizontal é de aproximadamente 30 µT e a componente vertical é zero.

Simples assim ciência moderna sobre o geomagnetismo há muito abandonou o princípio básico do magnetismo, dois ímãs colocados planos um em relação ao outro tendem a se conectar com pólos opostos.

Ou seja, a julgar por última frase no equador não há força (componente vertical) atraindo o ímã para o solo! Por mais repulsivo que seja!

Esses dois ímãs não se atraem? Ou seja, não existe força de atração, mas existe uma força de tensão? Bobagem!

Mas nos pólos com este arranjo do ímã ele está lá, mas a força horizontal desaparece.

Além disso, a diferença entre esses componentes é de apenas 2 vezes!

Simplesmente pegamos dois ímãs e garantimos que nesta posição o ímã primeiro se desdobra e depois atrai. PÓLO SUL para PÓLO NORTE!

EM últimos dias apareceu em sites de informação científica grande número notícias sobre o campo magnético da Terra. Por exemplo, a notícia de que em ultimamente muda significativamente, ou que o campo magnético contribui para o vazamento de oxigênio da atmosfera terrestre, e até mesmo que as vacas nas pastagens se orientam ao longo das linhas do campo magnético. O que é um campo magnético e qual a importância de todas essas novidades?

O campo magnético da Terra é a área ao redor do nosso planeta onde operam as forças magnéticas. A questão da origem do campo magnético ainda não foi completamente resolvida. No entanto, a maioria dos investigadores concorda que a presença do campo magnético da Terra se deve, pelo menos em parte, ao seu núcleo. O núcleo da Terra consiste em um interior sólido e um exterior líquido. A rotação da Terra cria correntes constantes no núcleo líquido. Como o leitor deve se lembrar das aulas de física, o movimento das cargas elétricas resulta no aparecimento de um campo magnético ao seu redor.

Uma das teorias mais comuns que explicam a natureza do campo, a teoria do efeito dínamo, assume que os movimentos convectivos ou turbulentos de um fluido condutor no núcleo contribuem para a autoexcitação e manutenção do campo em estado estacionário.

A Terra pode ser considerada um dipolo magnético. Seu pólo sul está localizado no Pólo Norte geográfico, e seu pólo norte, respectivamente, está no Pólo Sul. Na verdade, os pólos geográficos e magnéticos da Terra não coincidem não apenas na “direção”. O eixo do campo magnético está inclinado em relação ao eixo de rotação da Terra em 11,6 graus. Como a diferença não é muito significativa, podemos usar uma bússola. A sua seta aponta precisamente para o Pólo Magnético Sul da Terra e quase exactamente para o Pólo Geográfico Norte. Se a bússola tivesse sido inventada há 720 mil anos, ela teria apontado tanto para o pólo norte geográfico quanto para o pólo norte magnético. Mas mais sobre isso abaixo.

O campo magnético protege os habitantes da Terra e dos satélites artificiais dos efeitos nocivos das partículas cósmicas. Tais partículas incluem, por exemplo, partículas ionizadas (carregadas) do vento solar. O campo magnético altera a trajetória de seu movimento, direcionando as partículas ao longo das linhas do campo. A necessidade de um campo magnético para a existência de vida estreita a gama de potenciais planetas habitáveis(se partirmos da suposição de que as formas de vida hipoteticamente possíveis são semelhantes aos habitantes terrestres).

Os cientistas não descartam que alguns planetas terrestres não tenham núcleo metálico e, portanto, não tenham campo magnético. Até agora, pensava-se que os planetas feitos de rocha sólida, como a Terra, continham três camadas principais: uma crosta sólida, um manto viscoso e um núcleo de ferro sólido ou fundido. Num artigo recente, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts propuseram a formação de planetas “rochosos” sem núcleo. Se os cálculos teóricos dos pesquisadores forem confirmados pelas observações, então para calcular a probabilidade de encontro humanóides no Universo, ou pelo menos algo parecido com ilustrações de um livro de biologia, será necessário reescrevê-los.

Os terráqueos também podem perder sua proteção magnética. É verdade que os geofísicos ainda não conseguem dizer exatamente quando isso acontecerá. O fato é que os pólos magnéticos da Terra não são constantes. Periodicamente eles trocam de lugar. Não muito tempo atrás, os pesquisadores descobriram que a Terra “se lembra” da inversão dos pólos. A análise de tais “memórias” mostrou que nos últimos 160 milhões de anos, o norte e o sul magnéticos mudaram de lugar cerca de 100 vezes. Última vez este evento ocorreu há cerca de 720 mil anos.

A mudança de pólos é acompanhada por uma mudança na configuração do campo magnético. Durante o “período de transição”, significativamente mais partículas cósmicas que são perigosas para os organismos vivos penetram na Terra. Uma das hipóteses que explicam o desaparecimento dos dinossauros afirma que os répteis gigantes foram extintos justamente durante a próxima mudança de pólo.

Além dos “vestígios” de atividades planejadas para mudar os pólos, os pesquisadores notaram mudanças perigosas no campo magnético da Terra. A análise dos dados sobre a sua condição ao longo de vários anos mostrou que em últimos meses coisas começaram a acontecer nele. Há muito tempo que os cientistas não registravam “movimentos” tão bruscos no campo. A área que preocupa os pesquisadores está localizada no Oceano Atlântico Sul. A “espessura” do campo magnético nesta área não excede um terço do “normal”. Os pesquisadores há muito notaram esse “buraco” no campo magnético da Terra. Dados recolhidos ao longo de 150 anos mostram que o campo aqui enfraqueceu 10% durante este período.

Sobre no momentoÉ difícil dizer que ameaça isso representa para a humanidade. Uma das consequências do enfraquecimento da intensidade do campo pode ser um aumento (embora insignificante) no teor de oxigênio na atmosfera terrestre. A ligação entre o campo magnético da Terra e este gás foi estabelecida através do sistema de satélites Cluster, um projeto da Agência Espacial Europeia. Os cientistas descobriram que o campo magnético acelera os íons de oxigênio e os “joga” no espaço sideral.

Apesar de o campo magnético não poder ser visto, os habitantes da Terra o sentem bem. Aves migratórias, por exemplo, eles encontram o caminho, concentrando-se especificamente nele. Existem várias hipóteses que explicam exatamente como eles sentem o campo. Um dos mais recentes sugere que os pássaros percebem um campo magnético. Proteínas especiais - criptocromos - aos olhos das aves migratórias são capazes de mudar de posição sob a influência de um campo magnético. Os autores da teoria acreditam que os criptocromos podem funcionar como uma bússola.

Além dos pássaros, o campo magnético da Terra é usado no lugar do GPS tartarugas marinhas. E, como mostrou uma análise de fotografias de satélite apresentadas como parte do projeto Google Earth, vacas. Depois de estudar fotografias de 8.510 vacas em 308 áreas do mundo, os cientistas concluíram que estes animais predominam (ou de sul para norte). Além disso, os “pontos de referência” para as vacas não são geográficos, mas sim os pólos magnéticos da Terra. O mecanismo pelo qual as vacas percebem o campo magnético e as razões para esta reação específica permanecem obscuros.

Além das propriedades notáveis ​​listadas, o campo magnético contribui. Eles surgem como resultado de mudanças repentinas no campo que ocorrem em regiões remotas do campo.

O campo magnético não foi ignorado pelos defensores de uma das “teorias da conspiração” - a teoria de uma farsa lunar. Como mencionado acima, o campo magnético nos protege das partículas cósmicas. As partículas "coletadas" se acumulam em certas partes do campo - os chamados cinturões de radiação de Van Alen. Os céticos que não acreditam na realidade dos pousos na Lua acreditam que os astronautas teriam recebido uma dose letal de radiação durante o voo através dos cinturões de radiação.

O campo magnético da Terra é uma consequência surpreendente das leis da física, um escudo protetor, um marco e criador de auroras. Se não fosse por isso, a vida na Terra poderia ter sido completamente diferente. Em geral, se não existisse campo magnético, ele teria que ser inventado.