Магнитное поле Земли. Все о магнитах :: Класс!ная физика
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
В 1600 году английский ученый Уильям Гильберт в своей книге «О магните, магнитных телах
и большом магните – Земле». представил Землю, как гигантский постоянный магнит, ось которого
не совпадает с осью вращения Земли (угол между этими осями называют магнитным склонением).
Гильберт подтвердил свое предположение на опыте:
он выточил из естественного магнита большой шар и, приближая к поверхности шара магнитную стрелку, показал, что она всегда устанавливается так же, как стрелка компаса на 3емле.
Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.
В 1702 году Э. Галлей создает первые магнитные карты Земли.
Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли).
___
Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км
в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния
заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.
___
Магнитное поле Солнца в 100 больше, чем земное.
ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Еще в 1635 году Геллибранд устанавливает, что магнитное поле Земли меняется.
Позднее было установлено, что существуют постоянные и кратковременные изменения магнитного поля Земли.
Причиной постоянных изменений является наличие залежей полезных ископаемых.
залеганием железных руд. Например, Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области.
Причина кратковременных изменений магнитного поля Земли – действие “солнечного ветра”,
т.е. действие потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем.
Магнитное поле этого потока
взаимодействует с магнитным полем Земли, возникают “магнитные бури”.
На частоту и силу магнитных бурь влияет солнечная активность.
В годы максимума солнечной активности (один раз в каждые 11,5 лет) возникают такие
Устали? – Отдыхаем!
В.П. Щербаков рассказал о работах по изучению магнитного поля Земли
Исследование инверсий – очень интересная и плодотворная область научных изысканий. В настоящее время в нашем распоряжении имеется стандартная геологическая стратиграфическая шкала, а также магнитостратиграфическая шкала, у истоков которой стоял выдающийся палеомагнитолог Алексей Никитич Храмов (Санкт-Петербург). Согласно этой шкале, в течение последних полмиллиарда лет инверсии магнитного поля Земли происходили не менее тысячи раз. При этом последние 160 миллионов лет изучены достаточно подробно, и с высокой степенью надёжности можно сказать, что за это время в среднем каждые 200 тысяч лет происходила инверсия, когда полюса менялись местами.
Сам по себе процесс инверсии занимает примерно 10000 лет, в течение этого периода положение магнитных полюсов постепенно смещается от полярных областей в сторону средних и экваториальных широт, параллельно этому напряжённость поля убывает до значений, раз в 10 меньше её современной величины.
Через несколько тысяч лет поле начинает восстанавливаться по величине и стабилизироваться по направлению, но только с обратным расположением геомагнитных полюсов. Таким образом, в самый разгар инверсии геомагнитный диполь как бы «исчезает», остаются только мультипольные составляющие геомагнитного поля с достаточно сложной геометрией.
Если сейчас (в нормальный период), благодаря дипольному характеру поля, имеются хорошо выраженные северный и южный магнитные полюса, то во время инверсии, при слабой дипольной компоненте, их может быть, например, четыре. К тому же, они быстро перемещаются по земной поверхности в силу высокой нестабильности поля.
Что же касается геологических эпох, то напряжённость поля и в стабильные периоды по ходу эволюции Земли как планеты может существенно изменяться.
(PDF) Геоинформатика и наблюдения магнитного поля Земли: Российский сегмент
ФИЗИКА ЗЕМЛИ № 2 2015
ГЕОИНФОРМАТИКА И НАБЛЮДЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ 19
6. ГЦ РАН должен завершить работу по созда
нию национального центра сбора и обработки
магнитных данных по территории РФ с последу
ющим приданием ему шестого узла (GIN) ИН
ТЕРМАГНЕТ.
7. Указанной ассоциации институтов и коор
динационному комитету, ГЦ РАН, ИФЗ им.
О.Ю. Шмидта РАН в сотрудничестве с ИПГ им.
Е.К. Фёдорова (Росгидромет) подготовить раз
вернутые предложения о проведении аэромаг
нитной съемки территории РФ.
8. Следует сделать приоритетным производство
российских магнитометров всех необходимых ви
дов (вариометров, протонных и абсолютных магни
тометров) и постепенное импортозамещение зару
бежных инструментов с увеличением локализации.
Работа выполнена при поддержке Программы
Президиума РАН № 44 “Поисковые фундамен
тальные научные исследования в интересах раз
вития Арктической зоны Российской Федера
ции” 2014 года и проекта РФФИ № 120500583а
“Оценка геомагнитной активности в режиме ре
ального времени методами дискретного математи
ческого анализа”. Авторы благодарны Б.А. Дзебо
еву и Р.И. Красноперову за помощь в подготовке
статьи к печати.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Акасофу С.И., Чепмен С.
Солнечноземная физика.
Пер. с англ. М.: Мир. 1975. 512 с.
Березко А.Е., Соловьев А.A., Гвишиани А.Д., Жалков&
ский Е.А., Красноперов Р.И., Смагин С.А., Болотский Э.С.
Интеллектуальная географическая информационная
система “Данные наук о Земле по территории России” //
Инженерная экология. 2008. № 5. С. 32–40.
Богоутдинов Ш.Р., Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Соло&
вьев А.А., Кин Э.
Распознавание возмущений с задан
ной морфологией на временных рядах. I. Выбросы на
магнитограммах всемирной сети ИНТЕРМАГНЕТ //
Физика Земли. 2010. № 11. С. 99–112.
Веселовский И.С., Кропоткин А.П.
Физика межпланет
ного и околоземного пространства. Учебное пособие.
М.: Университетская книга. 2010. 116 с.
Гвишиани А.Д., Диаман М., Михайлов В.О., Гальдеано А.,
Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Граева Е.М.
Алгоритмы
искусственного интеллекта для кластеризации магнит
ных аномалий // Физика Земли.
2002а. № 7. C. 13–28.
Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р.
О новом
подходе к кластеризации // Кибернетика и системный
анализ. 2002б. № 2. С. 104–122.
Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Злотни&
ки Ж., Боннин Ж.
Математические методы геоинфор
матики. III. Нечеткие сравнения и распознавание ано
малий на временных рядах // Кибернетика и систем
ный анализ. 2008. Т. 44. № 3. С. 3–18.
Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Леде&
нев А.В., Злотники Ж., Боннин Ж.
Математические ме
тоды геоинформатики. II. Алгоритмы нечеткой логики
в задачах выделения аномалий на временных рядах //
Кибернетика и системный анализ. 2003. № 4. С. 103–111.
Гвишиани А.Д., Жалковский Е.А., Березко А.Е., Соло&
вьев А.А., Хохлов А.В., Снакин В.В., Митенко Г.В.
Атлас
Главного магнитного поля Земли // Геодезия и карто
графия. 2010а. № 4. С. 33–38.
Гвишиани А.
Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Соло&
вьев А.А.
Дискретный математический анализ и геоло
гогеофизические приложения // Вестник КРАУНЦ.
Науки о Земле. 2010б. № 2. Вып. 16. С. 109–125.
Клейменова Н.Г.
Геомагнитные пульсации. Модели
космоса / ред. Панасюк М.И. М.: МГУ. 2007. Т. 1.
С. 511–627.
Лайонс Л., Уильямс Д.
Физика магнитосферы. Количе
ственный подход. М.: Мир. Пер. с англ. 1987. 312 с.
Лукьянова Р.Ю.
Включение обсерваторских данных в
систему цитирования DOI // Вестник ОНЗ РАН. 2013.
Т. 5. NZ9001, doi: 10.2205/2013NZ000120.
Моисеенко У.И., Смыслов А.А.
Температура земных
недр. Л.: Недра. 1986. 180 с.
Нишида А.
Геомагнитный диагноз магнитосферы. Пер.
с англ. М.: Мир. 1980. 300 с.
Паркинсон У.
Введение в геомагнетизм. Пер. с англ.
М.: Мир. 1986. 528 с.
Распопов О.М., Копытенко Ю.А., Эфендиева М.А., Ме&
щеряков В.
В.
Развитие геомагнитных исследований в
России от начала наблюдений до 1918 г. // История на
ук о Земле. 2009. Т. 2. № 1. С. 18–43.
Распопов О.М., Мещеряков В.В.
XVI столетие – первые
определения элементов геомагнитного поля на рос
сийской территории: Кольский полуостров и Архан
гельский регион // Вестник Кольского научного цен
тра РАН. № 1. 2011. С. 74–84.
Сидоров Р.В., Соловьев А.А., Богоутдинов Ш.Р.
Приме
нение алгоритма SP к магнитограммам ИНТЕРМАГ
НЕТ в условиях неспокойной геомагнитной обстанов
ки // Физика Земли. 2012. № 5. С. 53–57.
Соловьев А.А., Агаян С.М., Гвишиани А.Д., Богоутди&
нов Ш.Р., Шулья А.
Распознавание возмущений с за
данной морфологией на временных рядах. II. Выбросы
на секундных магнитограммах // Физика Земли.
2012а. № 5. С. 37–52.
Соловьев А.А., Хохлов А.В., Жалковский Е.А., Березко А.Е.,
Лебедев А.Ю., Харин Е.П., Шестопалов И.
П., Мандеа М.,
Кузнецов В.Д., Бондарь Т.Н., Нечитайленко В.А., Рыб&
кина А.И., Пятыгина О.О., Шибаева А.А.
Атлас магнит
ного поля Земли / Под ред. А. Д. Гвишиани, А.В. Фро
лова, В.Б. Лапшина. 2012б. Публ. ГЦ РАН. Москва.
364 с. doi: 10.2205/2012Atlas_MPZ.
Харгривс Д.К.
Верхняя атмосфера и солнечноземные
связи. Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 351 с.
Харин Е.П., Сергеева Н.А.
Золотой фонд наук о Земле //
Земля и Вселенная. 2007. № 4. С. 66–71.
Яновский Б.М.
Земной магнетизм. Л.: ЛГУ. 1978. 592 c.
Finlay C.C. et al.
International Geomagnetic Reference
Field: The eleventh generation. Geophysical Journal Inter
national. 2010. V. 183. P. 1216–1230.
Friis&Christensen E., L
ü
hr H., Hulot G.
Swarm: A constellation
to study the Earth’s magnetic field // Earth Planets Space (spe
cial issue on Swarm). 2005. V. 58. №. 4. P. 351–358.
2*
Магнитное поле Земли – сообщение доклад по физике (6, 8, 9 класс)
Краткий экскурс о магнитном поле в целом.
Магнитное поле – это поле, появляющееся из тока заряженных частиц. Оно может действовать на электрические заряды, а также на тела, обладающие магнитными свойствами. Основа магнитного поля – это вектор магнитной индукции. Еще можно сказать, что магнитное поле – это последствие возникновения электрических полей. Это не все, что можно сказать про данное поле. Данное поле считают отдельной ото всех материей.
Что же такое магнитное поле Земли и насколько оно важно?
Это то же поле, источники которого исходят из – под земли.
Есть целая наука, посвящающая себя изучению магнитного поля Земли. Она называется геомагнетизм. Само поле сформировалось 4,2 миллиарда лет назад. Это на 300 миллионов лет позже, чем зарождение самой планеты. Геомагнитное поле делят на 3 части:
• Первая часть на 90 %, если не больше, создано из поля, источник которого – внешнее ядро Земли. Данное поле имеет вид магнитного диполя. Проще говоря, через центр Земли проходит линия, причем она наклонена на угол, равный 10 градусам. В середине линии сосредоточен полосовой магнит и ось, которая движется с севера на юг.
• Вторая часть несет в себе не менее важное значение, чем другие. Настоящие линии земного магнитного поля достаточно близки к дипольным линиям, но различаются нерегулярностью. Связано это с земными породами, имеющие магнитные свойства. В итоге, в некоторых районах планеты образуются места с магнитными аномалиями, которые могут накладываться друг на друга.
• Третья часть находится в атмосфере Земли. Если быть точным, в верхнем слое – ионосфере.
Магнитное поле Земли
Интересные ответы
- Доклад на тему Лыжный спорт
Лыжи – это самый известный и популярный вид спорта в зимнее время. Заниматься им под силу людям всех возрастов. Он так же не требует особой физической подготовки и при этом полезен для здоровья и поддержания тонуса.
- Причины Великой Отечественной войны 1941-1945
Каковы же были причины нападения фюрера на страну Советов, с которой он заключил мирный договор? Самая первая, которая руководила им во время всех его военных кампаний
- Франсуа Рабле – доклад сообщение
Великий французский писатель Франсуа Рабле родился в 1483 или в 1494 году (точная дата неизвестна) в семье достаточно зажиточного землевладельца, который по некоторым сведениям занимался юридической практикой, а по некоторым – работал аптекарем.
- Ящерицы – сообщение доклад
Ящерицами называют животных из отряда чешуйчатых. Так же они относятся к роду рептилий. В основном они имеют небольшой размер и две пары конечностей.
- Классы животных – сообщение доклад
В мире многочисленное количество животных. И каждое из них приспособлено к той или иной среде обитания, а значит и есть многочисленные классификации этих самых животных.
Протоны, вызывающие магнитные бури, отследили с помощью спутников
Магнитное поле защищает Землю от потоков заряженных частиц от Солнца – солнечного ветра. Область, в которой движение заряженных частиц определяется магнитным полем планеты, называется ее магнитосферой. Потоки солнечного ветра «сдувают» геомагнитное поле Земли так, что с освещенной стороны оно сжимается, а с ночной образует «хвост». Часть солнечного ветра обтекает Землю, а часть захватывается в геомагнитную ловушку и образует в околоземном космическом пространстве так называемый радиационный пояс.
При увеличении солнечной активности деформации геомагнитного поля резко нарастают и вызывают магнитные бури. Заряженные частицы попадают в верхние слои атмосферы, в том числе в ее ионизированный слой — ионосферу. Этот процесс называют высыпаниями. При столкновениях заряженных частиц с атомами и молекулами газов в атмосфере происходит ионизация и возбуждение, то есть повышение энергетического состояния последних. В результате концентрация плазмы в ионосфере растет, а возбужденные атомы испускают часть полученной энергии в виде света — так появляются полярные сияния.
Сотрудники лаборатории магнитосферно-ионосферных взаимодействий Полярного геофизического института (ПГИ, Апатиты) исследовали динамику высыпаний протонов в зависимости от геомагнитной активности и параметров солнечного ветра.
Исследования велись с помощью низкоорбитальных спутников NOAA/POES (National Oceanic and Atmospheric Administration Polar Orbiting Environmental Satellite; Национальное управление океанических и атмосферных исследований США). Эти спутники находятся на круговых орбитах на высоте около 700 км. Каждый спутник облетает Землю примерно за два часа, а их орбиты расположены так, что покрывают всю поверхность планеты. Использовав данные за полгода, ученые построили глобальную карту высыпаний и подсчитали, как вероятность их появления и интенсивность зависят от широты и местного времени. Также они учитывали геомагнитную активность в момент наблюдения: слабое, среднее или сильное возмущение магнитного поля Земли по данным магнитных станций. Ученые связывают высыпания протонов с развитием так называемой ионно-циклотронной неустойчивости, которая приводит к появлению в плазме электромагнитных волн на определенных частотах.«Наши исследования – один из аспектов глобальной проблемы изучения магнитных бурь и радиационных поясов, – рассказал руководитель проекта Андрей Демехов, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории магнитосферно-ионосферных взаимодействий ПГИ.
– Электромагнитные волны, возбуждаемые в результате ионно-циклотронной неустойчивости, играют также большую роль в динамике электронов радиационных поясов. Получается, что многие явления в околоземном космосе тесно взаимосвязаны».
В мировом научном сообществе нет единого мнения о том, влияют ли магнитные бури на здоровье и самочувствие людей, однако их важно учитывать при проектировании как спутников, так и наземных технических средств, например линий электропередачи или трубопроводов. Нежелательные проявления «космической погоды» могут вызвать нарушение связи, поломки и сбои в работе навигационных и энергетических систем, остановку энергоснабжения, что приводит к большим экономическим потерям и в экстремальных случаях может даже вызвать гуманитарную катастрофу. Поэтому сложные взаимосвязи космической погоды привлекают большое внимание исследователей.
Физика Земли | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ
Предметом физики Земли является описание физических процессов, протекающих в недрах нашей планеты, с целью объяснения современного строения и состояния Земли, ее формирования и эволюции.
Физика Земли является теоретической основой для целого круга геолого-геофизических дисциплин. Рассматривается строение, состав, основные оболочки Земли; основы сейсмологии, гравитационное и магнитное поля Земли; реологические характеристики Земли; методы изучения внутреннего строения Земли и ее внешних полей; методы построения моделей Земли; историю развития и эволюцию Земли; физические характеристики и физические процессы в недрах Земли; их связь с геотектоникой и геодинамикой.
Список всех тем лекций
Лекция 1. Введение в физику Земли. Основы геохронологии..
Предмет физики Земли
Источники информации о внутреннем строении и физике Земли
Понятие о моделях Земли и методах их построения
Прямые и обратные задачи
Основы геохронологии
Относительная геохронология
Абсолютная геохронология
Лекция 2.
Определение абсолютного возраста. Размер и форма Земли.
Формула для определения абсолютного возраста
Определение возраста в случае серии распадов
Масс-спектрометр
Рубидий-стронциевый метод
Уран-свинцовый метод
Торий-свинцовый метод
Калий-аргоновый метод
Другие методы
Трековый метод датировок
“Возраст Земли” и древнейшие породы
Гравитационное поле и фигура Земли
История взглядов на размер и форму Земли
Лекция 3. Сила тяжести, вращение и форма Земли.
История взглядов на размер и форму Земли (продолжение)
Сила тяжести, вращение и форма Земли
Методы измерения силы тяжести
Вращение Земли
Методы описания поля тяжести Земли
Лекция 4.
Фигура Земли. Гравитационные аномалии Земли.
Методы описания поля тяжести Земли (продолжение)
Фигура Земли
Рельеф Земли, геоид, квазигеоид, сфероид
Стандартные параметры Земли
Редукция представлений о форме Земли: резюме
Гравитационные аномалии Земли
Современные вертикальные движения земной коры
Лекция 5. Основы сейсмологии.
Сейсмические волны
Принципы распространения волн.
Сейсмичность Земли.
Источники сейсмических волн
Энергетические характеристики землетрясений
Лекция 6. Сейсмические лучи.
Годографы.
Сейсмические лучи
Годографы
Типы и особенности годографов
Годограф для отраженной волны
Обменные волны
Обращение годографов
Строение Земли по данным сейсмологии
Лекция 7. Строение Земли по данным сейсмологии. Модели Земли.
Ход лучей в Земле
Кора
Мантия
Ядро
Модели Земли
Плотность Земли
Собственные колебания Земли
Лекция 8. Современные радиальные модели Земли. Природа основных оболочек и границ в Земле.
Современные радиальные модели Земли
Требования к моделям
Модель PEM (Parametric Earth Model)
Модель PREM (Preliminary reference Earth Model)
Модель IASP91
Модель AK135
Сейсмическая томография
Природа основных оболочек и границ в Земле
Лекция 9.
Геотермия.
Геотермия
Механизмы теплопередачи
Тепловой поток
Температура в коре и верхней мантии
Уравнение теплопроводности
Континентальные геотермы
Лекция 10. Геотермия (продолжение). Происхождение и эволюция Земли. Глобальная энергетика Земли.
Океанская геотерма и мощность литосферы
Температура переходной зоны в мантии
Адиабата
Ядро
Происхождение и эволюция Земли
Глобальная энергетика Земли
Лекция 11. Магнитное поле и электропроводность Земли.
Вводная часть
Современное магнитное поле Земли
Элементы земного магнитного поля
Напряженность поля и магнитная индукция
Соотношение единиц в системах СИ и СГСМ
Экскурс в историю
Методы измерения магнитного поля Земли
Система наблюдений за магнитным полем
Представление магнитного поля Земли
Основные характеристики МП планет
Главное и аномальное поле
Дипольное приближение магнитного поля Земли
Недипольное геомагнитное поле
Вариации магнитного поля
Магнитные аномалии Земли
Электропроводность Земли
Механизм генерации магнитного поля Земли
Основы палеомагнитологии
Лекция 12.
Реология вещества Земли.
Реология вещества Земли
Понятие реологии
Напряжения и деформации, соотношения между ними
Механические напряжения
Деформации
Соотношение между напряжениями и деформациями
Простые реологические модели
Механизмы упругости и вязкости твердого тела
Оценка вязкости верхней мантии по постледниковому поднятию
Реология различных оболочек Земли
Литосфера и астеносфера
Мантия
Лекция 13. Конвекция в мантии Земли.
Вводная часть
Понятие о конвекции
Уравнение 2D тепловой конвекции
Число Релея
Характер конвективного течения
Характер конвекции в мантии и ядре Земли
Результаты моделирования тепловой конвекции
Проблема общемантийной и двухслойной конвекции
Магнитное поле Земли.
Зачем нужно магнитное поле планетамПочти все слышали, что наша планета Земля обладает магнитным полем. Это поле окутывает Землю и околоземное пространство.
Пространство, окутанное магнитным полем, называют магнитосферой. Если бы у Земли не было магнитного поля, то люди не смогли бы сделать компас, о котором мы знаем сегодня. Сразу следует отметить, что географические полюса Земли не совпадают с магнитными, поэтому, стрелка компаса указывает лишь приблизительное направление на север.
Более того, в настоящий момент, южный магнитный полюс находится ближе к северному географическому полюсу, чем к южному. На самом деле, магнитные полюса Земли со временем смещаются. Но обо всем по порядку.
Начнём с того, что магнитное поле нужно Земле (как и
другим планетам), чтобы защищать её от нежелательного космического излучения. В
космосе существует великое множество источников радиоактивного излучения, и Солнце
— один из таких источников.
Оно постоянно испускает потоки электронов, протонов, ионов гелия и многих других частиц. Попадание этих частиц на Землю в таком количестве вредит живым организмам. Магнитное поле Земли отклоняет эти частицы, и те, подчиняясь магнитным линиям, направляются к полюсам. Поскольку, на полюсах, магнитные линии направлены вертикально вверх, весь поток частиц собирается в верхних слоях атмосферы. Именно тогда мы и видим северные и южные сияния.
Но, вторжение такого количества частиц не может пройти бесследно: это вызывает нагрев атмосферы и изменение силы некоторых электромагнитных полей. Такие явления называют магнитными бурями. Как известно, магнитные бури влияют на погоду и на состояние некоторых людей (например, людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями).
Иногда, на Солнце происходят процессы, которые называются солнечной активностью.
В результате некоторых из них, возникают сильные
магнитные поля, которые не могут не оказывать влияние на Землю.
Одно из таких
явлений — это вспышка на Солнце. При вспышках, скорость частиц, испускаемых Солнцем,
значительно возрастает, что приводит к возмущениям магнитосферы Земли. То есть,
такие мощные потоки частиц способны внести некоторые изменения в магнитное поле
Земли. Именно поэтому, в результате многих вспышек на Солнце, магнитные полюса
Земли с годами смещаются.
Магнитные бури часто вызывают неполадки в работе электроприборов (например, помехи в радиоэфире). Теоретически при достаточно мощной вспышке на Солнце, может произойти, так называемая, электромагнитная катастрофа.
Магнитное поле Земли примет на себя удар огромной мощности.
Из-за этого, повсеместно возникнут очень сильные токи, которые выведут из
строя всю аппаратуру. Вспышка подобной мощности уже была в 1859 году. К
счастью, тогда применение электричества только развивалось, поэтому, нанесенный
урон был несравним с тем уроном, который может принести такая вспышка в наше
время.
И ещё один интересный факт: на Земле существуют так называемые, магнитные аномалии. Это области, в которых магнитная стрелка компаса не показывает на магнитный полюс. Несмотря на это, стрелка постоянно отклонена на один и тот же угол, поэтому, такие аномалии всё же объясняются. Мы уже знаем, что проводник с током действует на магнитную стрелку. Поэтому, логично предположить, что в аномальных областях, где-то внутри земной коры протекает электрический ток, который и влияет на магнитную стрелку. Или же, это могут быть токи в атмосфере, которые по той или иной причине сильнее в данной области, чем в среднем. Например, самой известной в России магнитной аномалией является курская магнитная аномалия. Её площадь составляет около 160 км2, а напряженность магнитного поля втрое превышает обычную.
В этой зоне компасы вообще не работают. Ученые
связывают эту аномалию с огромными залежами железной руды в этой области.
Действительно, опыты подтверждают, что большое скопление различных пород,
которые могут намагничиваться, способствуют появлению магнитных аномалий. Но,
как говориться — нет худа без добра, теперь люди, намеренно ищут магнитные
аномалии, чтобы обнаружить новые месторождения полезных руд. Следует заметить,
что хоть люди и много знают о магнетизме, нельзя с уверенностью сказать, что мы
полностью изучили магнетизм Земли. Тем не менее, мы ознакомились с основными
явлениями, связанными с магнитным полем Земли.
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли похоже на что из стержневого магнита наклонен на 11 градусов от ось вращения Земной шар. Проблема с этой картинкой заключается в том, что температура Кюри железо около 770 С. Ядро Земли горячее, чем это, и, следовательно, не магнитный. Так как же Земля получила свое магнитное поле?
Магнитные поля окружают электрические токи, поэтому мы предполагаем, что циркулирующие электрические токи в расплавленном металлическом ядре Земли являются источником магнитного поля. |
Токовая петля создает поле, подобное земному. Величина магнитного поля, измеренная на поверхности Земли, составляет около половины гаусса и опускается к Земле в северном полушарии. Магнитуда изменяется по поверхности Земли в диапазоне от 0,3 до 0,6 Гс.Магнитное поле Земли объясняется динамо-эффектом циркулирующего электрического тока, но оно непостоянно по направлению.Образцы горных пород разного возраста в одинаковых местах имеют разное направление постоянной намагниченности. Сообщается о 171 инверсии магнитного поля за последние 71 миллион лет.
Хотя детали динамо-эффекта подробно не известны, вращение Земли играет роль в генерации токов, которые, как предполагается, являются источником магнитного поля. Mariner 2 обнаружил, что у Венеры нет такого магнитного поля, хотя содержание железа в ее ядре должно быть таким же, как у Земли.Период вращения Венеры, составляющий 243 земных дня, слишком медленный, чтобы вызвать динамо-эффект.
Взаимодействие земного магнитного поля с частицами солнечного ветра создает условия для явления полярных сияний вблизи полюсов.
Северный полюс стрелки компаса является магнитным северным полюсом. Его притягивает географический Северный полюс, который является южным магнитным полюсом (противоположные магнитные полюса притягиваются).
50.Магнитное поле Земли | UCLA Physics & Astronomy
Стрелка магнитного склонения и наклонения предназначена для определения направления (отклонения и угла наклона) магнитного поля Земли в классе.
Земной шар может помочь проиллюстрировать эти понятия.
Общая величина вектора магнитного поля составляет около 0,5 единиц Гаусса или, что эквивалентно, 50 000 наноТесла (нТл). Чтобы найти компоненты магнитного поля в любом месте, посетите Стандартную модель магнитного поля и введите дату, а также географическую широту, долготу и высоту над уровнем моря.В таблице ниже показаны репрезентативные компоненты на 1 июня 1999 г. на уровне моря. Bx, By и Bz — компоненты в единицах нТл, B — общая напряженность поля также в единицах нТл, D — угол склонения между географическим и магнитным севером, а I — угол наклона или угол наклона в градусах ниже местного горизонтальная плоскость.
Средние магнитные компоненты
| Город | Бх | По | Бз | Б | Д | я |
| Лос-Анджелес | 24276 | 5996 | 41636 | 48568 | 13.9 | 59,0 |
| Нью-Йорк | 19308 | -4643 | 50289 | 54068 | -13,5 | 68,5 |
| Бостон | 18006 | -1566 | 53490 | 56461 | -4,9 | 71,3 |
| Чикаго | 18686 | -803 | 52908 | 56117 | -2.5 | 70,5 |
| Майами | 25478 | -2182 | 38586 | 46290 | -4,9 | |
| Хьюстон | 24892 | 2050 | 42441 | 49245 | 4,7 | 59,5 |
| Денвер | 20895 | 3878 | 49938 | 54272 | 10. 5 | 66,9 |
| Сан-Франциско | 23004 | 6411 | 43851 | 49932 | 15,5 | 61,4 |
Устранение влияния магнитного поля Земли на датчики магнитоупругого резонанса с помощью антисимметричного поля смещения
Приводы датчиков A Phys. 2012 август; 183 (44-2): 11–15.
Bernhard Bergmair
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr.8, 1040 Вена, Австрия
b Институт анализа и научных вычислений, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Wien, Austria
Thomas Huber
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Вена, Австрия
b Институт анализа и научных вычислений, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Wien, Austria
Florian Bruckner
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr.
8, 1040 Wien, Austria
Christoph Vogler
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Wien, Austria
Dieter Suess
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Wien, Austria
a Институт физики твердого тела, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Вена, Австрия
b Институт анализа и научных вычислений, Венский технологический университет, Wiedner Hauptstr.8, 1040 Wien, Austria
⁎ Автор, ответственный за переписку: Венский технологический университет, Институт физики твердого тела, Wiedner Hauptstr. 8, 1040 Вена, Австрия. [email protected]Поступила в редакцию 16 февраля 2012 г.; Пересмотрено 7 мая 2012 г.; Принято 8 мая 2012 г.
Основные моменты
► Представлена конструкция высокоточных датчиков магнитоупругого резонанса.
► Он основан на воздействии антисимметричного магнитного поля на аморфную ленту. ► Устранены сдвиги частоты из-за влияния магнитного поля земли.► Принцип был успешно протестирован с использованием магнитных катушек. ► Принцип был успешно протестирован с использованием встречно-параллельных постоянных магнитов.
Ключевые слова: Магнитоупругий резонансный датчик, Дистанционное измерение, Пассивный датчик, Магнитное поле Земли, Компенсация, Антисимметричное поле смещения
Реферат
Магнитоупругие датчики используются в широком спектре приложений беспроводного зондирования. Чувствительный элемент представляет собой недорогую магнитострикционную ленту, резонансная частота которой зависит от измеряемой величины.Точность магнитоупругих датчиков ограничена тем фактом, что на резонансную частоту также влияет магнитное поле Земли. В этой статье мы представляем метод минимизации этого эффекта путем приложения к ленте антисимметричного магнитного поля смещения.
Реакция ленты на поля внешних возмущений измерялась и сравнивалась с датчиком обычной конструкции. Наши результаты показывают, что влияние магнитного поля Земли можно уменьшить на 77%.
1. Введение
Принцип магнитоупругих резонансных датчиков давно известен и в своей простейшей форме миллионы раз использовался в электронном контроле за предметами (EAS) [1].В последние годы возрос интерес к магнитоупругим датчикам, так как они дают возможность дистанционно контролировать самые разные величины [2,3]. Датчики являются пассивными, а материальные затраты настолько низки, что их можно использовать одноразово. Они применимы для измерения температуры [4], давления и массы [5], скорости потока и плотности жидкости [6–8], влажности [9,10], pH [11,12], концентрации аммиака [13], глюкозы [14], диоксид углерода [15], Escherichia coli [16] и др.
Основным чувствительным элементом магнитоупругих резонансных датчиков является недорогая аморфная ферромагнитная лента.
Благодаря магнитоупругому эффекту механические колебания ленты можно генерировать дистанционно, применяя изменяющееся во времени магнитное поле. После выключения этого поля возбуждения лента механически колеблется на своей резонансной частоте. Таким образом, он создает изменяющийся во времени магнитный момент (обратный магнитоупругий эффект или эффект Виллари), который можно снова обнаружить дистанционно.
Резонансная частота ленты зависит от ее модуля Юнга, который, в свою очередь, зависит от предварительного намагничивания ленты из-за Δ E -эффекта [17,18]. Предварительное намагничивание также определяет уровень сигнала датчика [19] и температурную зависимость резонансной частоты [20] и, таким образом, составляет рабочую точку ленты. Предварительное намагничивание достигается постоянным магнитным полем (подмагничивающим полем). Поле смещения может создаваться катушкой или полем рассеяния соседнего постоянного магнита, который может быть включен в корпус датчика.Поле смещения обычно однородно или, по крайней мере, его продольная составляющая знакопостоянна вдоль длинной оси ленты.
В зависимости от конкретного применения датчиков магнитоупругого резонанса предназначены для преобразования изменения измеряемой величины в изменение резонансной частоты относительно заданной рабочей точки.
К сожалению, эта рабочая точка смещается из-за внешних магнитных полей, таких как магнитное поле Земли. В общем случае нельзя было различить, вызваны ли изменения резонансной частоты такими возмущениями или действительно вызваны изменениями измеряемой величины.Это существенно снижает точность и надежность магнитоупругих датчиков.
Чтобы исключить влияние внешних полей на резонансную частоту в первом порядке, можно выбрать рабочую точку на экстремуме кривой Δ E – H [9], но тем самым поставить под угрозу мощность сигнала и температуру зависимость. Другой способ заключается в использовании лент с более высокими полями анизотропии и/или более высокими факторами размагничивания, которые требуют больших полей смещения и, таким образом, уменьшают относительное влияние возмущений внешнего поля.
Первая концепция неприменима, когда речь идет о конструкциях датчиков, в которых измеряемые величины преобразуются в изменения эффективного поля смещения ленты [21–23], поскольку в этих случаях резонансная частота должна быть чувствительна к изменениям H -поле. Применение второй концепции затрудняет вибрацию ленты с помощью внешнего поля переменного тока.
Некоторые другие попытки решить эту проблему недавно были предприняты Ong et al. [24]. При анализе нелинейности проницаемости ленты можно оценить и, следовательно, учитывать условия окружающей среды, такие как температура и внешние магнитные поля постоянного тока.Этот метод обеспечивает значительное снижение погрешности, но ограничивает возможность удаленного считывания показаний датчика, поскольку он требует создания контролируемого и четко определенного магнитного поля постоянного тока, по крайней мере, равного величине возмущающего магнитного поля (т.е. поля Земли) в месте положения ленты.
Кроме того, разработан способ повышения точности магнитоупругих резонансных датчиков массы при неравномерном распределении изменения массы вдоль ленты.
Метод учитывает частоту второй гармонической резонансной моды, тем самым преодолевая недостаточную чувствительность частоты первой гармоники к определенным видам массовых изменений [25].
В данной статье представлен метод минимизации влияния внешних магнитных полей на магнитоупругие датчики, также основанный на измерении более высокой резонансной моды. Этот метод лишь незначительно ограничивает возможность оптимизации характеристик датчика с помощью предварительного намагничивания.
2. Основной принцип
Возмущающее влияние продольной (параллельной оси x -см.) внешней составляющей поля на ленту преобладает над влиянием перпендикулярной составляющей по следующим причинам: Во-первых, из-за к геометрии ленты ее продольный фактор размагничивания намного меньше, чем у других направлений.Во-вторых, магнитная легкая ось ленты перпендикулярна длинной оси. Таким образом, перпендикулярные компоненты намагниченности соседних доменов антипараллельны [1]. Поэтому эффекты компоненты внешнего поля, параллельной легкой оси, имеют противоположный знак для соседних доменов и не влияют на макроскопическое среднее модуля Юнга в первом порядке.
Схема экспериментальной установки.
Предлагаемая методика основана на родственном принципе и способна исключить также влияние продольной составляющей внешнего H -поля на резонансную частоту в первом порядке.Профиль поля смещения датчика вдоль длинной оси ленты (ось x ) был спроектирован полностью антисимметричным относительно ее центрального сечения: постоянный положительный для положительных x -значений.
Поскольку механические свойства ленты зависят только от абсолютного значения намагниченности, профиль модуля Юнга антисимметрично смещенной ленты симметричен.Продольное внешнее поле теперь будет уменьшать абсолютное значение эффективного поля смещения на одной половине ленты (например, для 90 255 x 90 256 < 0) и увеличивать его на другой половине (например, 90 255 x 90 256 > 0), независимо от знака этого внешнего поля. Таким образом, модуль Юнга также будет увеличиваться в одной половине и одновременно уменьшаться в другой половине ленты.
Влияние на резонансную частоту ленты из-за этих отклонений модуля Юнга с обеих сторон компенсирует друг друга в первом порядке.
Описанный антисимметричный характер поля смещения влияет и на возбуждаемые моды колебаний ленты. В большинстве случаев внешнее переменное магнитное поле, которым возбуждаются колебания ленты, преимущественно однородно. Вектор поля однородного переменного поля добавляется к вектору антисимметричного поля смещения. Это приводит к изменяющемуся во времени изменению намагниченности, которое симметрично для малых полей переменного тока. Поэтому магнитные сигналы переменного тока обеих половин ленты конструктивно интерферируют.С другой стороны, абсолютное значение общей намагниченности (= предварительное намагничивание + переменное изменение намагниченности) увеличивается на одной половине ленты и одновременно уменьшается на другой половине. Из-за магнитоупругого эффекта это приводит к растягивающему напряжению в одной половине и сжимающему напряжению в другой половине ленты.
Поэтому возбуждаются антисимметричные моды механических колебаний, из которых рассматривалась только вторая гармоника.
3. Экспериментальная
Для проверки эффективности предложенной компенсации была использована экспериментальная установка, показанная на рис., для сравнения антисимметрично смещенной ленты с обычной симметрично смещенной.Геометрия ленты была заимствована у акустомагнитных меток EAS. В метках EAS используются ленты стандартной длины 40 мм, и их можно считывать с расстояния около одного метра. С уменьшением длины ленты мощность сигнала будет уменьшаться квадратично из-за увеличения демпфирования и уменьшения громкости [1].
Установка для антисимметричного смещения: для установки рабочей точки лента (размеры 76,6 мм × 12,1 мм × 22 мкм) магнитно смещается антисимметричным полем «ас-катушки».Поэтому лента должна располагаться точно (±0,5 мм) посередине исходной катушки. Это было сделано путем поиска положения, в котором сигнал ленты максимален. Однородные поля возмущений генерируются «h-катушкой».
Профили поля обеих катушек показаны на рис. По профилю ас-катушки можно также оценить влияние фактического положения ленты вдоль оси катушки на резонансную частоту: переход от отрицательного к положительному сечению подмагничивающего поля в центре ас- катушка показывает наклон примерно 35 А/м на мм при обычно используемом токе катушки, равном 0.2 A. Таким образом, для затронутой средней части ленты смещение ±1,3 мм будет иметь тот же эффект, что и поворот на 180° в магнитном поле Земли с напряженностью поля ±44 А/м. Резонансная частота второй гармоники измерялась при независимом изменении напряженности как смещения, так и поля возмущения.
Осевое магнитное поле h-катушки и as-катушки при токе катушки 1 А.
Установка для симметричного смещения: лента (размеры 38,4 мм × 12,1 мм × 22 мкм) однородно смещена h-катушкой ‘, чтобы установить рабочую точку.Поскольку возмущения внешнего поля также однородны, они приводят только к постоянному смещению в подмагничивающем поле. Измерялась зависимость частоты первой гармоники от напряженности однородного поля.
AS-катушка была отключена, чтобы избежать каких-либо помех.
Обе ленты вырезаны из аморфного сплава на основе FeCo, полученного формованием методом формования из расплава, предоставленного G. Herzer из VACUUMSCHMELZE, со следующими свойствами: легкая ось, поперечная относительно длинной оси, поле анизотропии: 380 А/м, намагниченность насыщения: 1.74 Тл, магнитострикция насыщения: 42 м.д., массовая плотность: 7,5 г/см 3 . Двойная длина антисимметрично смещенной ленты была выбрана для лучшей сопоставимости резонансных частот, так как в этом случае возбуждается вторая гармоника. Таким образом, в обоих случаях колебания ленты могли возбуждаться переменным магнитным полем «переменной катушки» частотой 65 кГц. Эта частота лежит чуть выше первой гармоники короткой ленты и чуть выше второй гармоники ленты двойной длины.После отправки сигналов переменного тока лента колеблется в течение примерно 1 мс в режимах автоколебаний, вызывая тем самым ответный сигнал в «съемной катушке».
Для сигнала было выполнено быстрое преобразование Фурье. Резонансная частота определялась как положение максимума спектрального пика, амплитуда сигнала — как высота этого максимума.
Во избежание возмущений, вызванных «настоящим» магнитным полем Земли, катушки и лента были помещены в коробку MuMetal, экранирующую магнитные поля.
Во второй установке эксперимента () была проверена пригодность концепции для целевого применения удаленного мониторинга. Поэтому as-катушка была заменена двумя антипараллельными постоянными магнитами, примыкающими к более длинной ленте (длина: 76,6 мм). Они тоже создают антисимметричное поле смещения похожей, хотя и не равной форме, по сравнению с полем as-катушки. Поле смещения такого рода не может изменяться, а представляет собой фиксированную рабочую точку ленты. Дополнительно однородные возмущения поля накладывались h-катушкой.Измерено их влияние на резонансную частоту ленты. Постоянные магниты (размеры 43 мм × 13 мм × 1,1 мм) взяты из жестких меток EAS компании SENSORMATIC.
Лента располагалась на 14 мм выше постоянных магнитов.
Схема экспериментальной установки, в которой антисимметричное поле смещения создается двумя антипараллельными постоянными магнитами.
4. Результаты и обсуждение
(слева) показывает поведение антисимметрично смещенной ленты при изменении как силы поля смещения (т.е. рабочая точка) и однородное поле (т.е. возмущение). Область, имеющая отношение к возмущениям из-за магнитного поля Земли, обозначена белыми прямоугольниками и будет изображена более подробно в . Из рисунка видно, что резонансная частота как симметрична относительно направления приложенного однородного поля возмущений, так и непрерывна. Следствием этого является устранение влияния малых однородных полей первого порядка.
Цветной график второй резонансной частоты (слева) и мощности сигнала (справа) в зависимости от антисимметричного поля смещения (вертикальная ось) и однородного поля возмущения (горизонтальная ось). Длина ленты: 76,6 мм.
Вариации из-за поля земли 2-й гармоники резонатора длиной 76,6 мм в антисимметричном подмагничивающем поле.
Следующие результаты демонстрируют это для конкретной проблемы смещения частоты из-за магнитного поля Земли, которое имеет величину 44 А/м, что соответствует 0.02 A в h-катушке. Резонансная частота как обычной (симметрично), так и предложенной антисимметрично смещенной ленты была проанализирована для различных рабочих точек с дополнительными однородными полями 44 А/м и без них.
Результаты для обычного симметричного датчика показаны на . Вследствие ΔE-эффекта резонансная частота зависит от однородного поля смещения. Магнитное поле Земли изменяет эффективное поле смещения на ±44 А/м, когда оно параллельно или антипараллельно длинной оси ленты, таким образом, изменяя резонансную частоту в пределах 3.0 кГц. Максимальный сдвиг появляется в самой крутой части кривой f – H , которая в противном случае была бы оптимальной рабочей точкой для многих применений датчиков по уже упомянутым причинам (низкий температурный дрейф, максимальная чувствительность).
Вариации, обусловленные полем земли 1-й гармоники резонатора длиной 38,4 мм в однородном подмагничивающем поле.
Результаты для конструкции антисимметричного датчика показаны на . Из-за магнитного поля Земли резонансная частота изменяется в пределах 0.7 кГц. Сдвиг даже намного меньше вблизи оптимальной рабочей точки.
Предлагаемый метод компенсации снижает максимальное влияние магнитного поля Земли на 77%. Кроме того, измеренный уровень сигнала антисимметричного датчика больше и меньше подвержен влиянию возмущений поля по сравнению с датчиком традиционной конструкции. Частично это увеличение мощности сигнала можно объяснить двойным размером антисимметрично смещенной ленты и другими аспектами геометрии.Но наши результаты показывают, что из-за особого профиля антисимметричного поля смещения прямо возбуждаемое колебание второй гармоники имеет, по крайней мере, такую же силу, что и колебание первой гармоники симметрично смещенной ленты. По крайней мере, в идеальных условиях это неудивительно. Обе половины антисимметрично смещенной ленты совершают более или менее колебание, равное свободному колебанию первой гармоники ленты вдвое меньшего размера.
Вместе со второй гармоникой всегда совозбуждается и первая гармоника антисимметрично смещенной ленты (не отображается).Обе гармоники имеют близкие амплитуды, в отличие от симметрично смещенных лент, где высшие гармоники обычно имеют гораздо меньшие амплитуды, чем основная. Таким образом, антисимметричное поле смещения очень полезно для упомянутого метода обнаружения неоднородной массы с использованием высших гармоник [25].
Как уже было сказано выше, антисимметричное подмагничивающее поле также может быть создано двумя противоположными коллинеарными постоянными магнитами, расположенными параллельно магнитоупругой ленте. показано влияние возмущений внешнего однородного поля на резонансную частоту смещенной таким образом ленты.Хорошо видна симметрия этого эффекта по отношению к знаку внешнего поля. Для фактической рабочей точки возмущения поля напряженности магнитного поля Земли (±44 А/м) дают колебания частоты в диапазоне 0,29 кГц. Эти колебания в десять раз меньше, чем максимальное отклонение в некомпенсированном расчете.
Причина, по которой центр симметрии рисунка смещен примерно на -0,02 А, скорее всего, связана со смещением в управлении катушкой смещения, а не с отклонениями в силе постоянных магнитов, как мы заключаем из эталонных измерений.Если бы это было учтено, отклонения частоты сократились бы даже до 0,09 кГц.
Вариации полем земли 2-й гармоники резонатора длиной 76,6 мм в антисимметричном подмагничивающем поле двух антипараллельных постоянных магнитов.
5. Заключение
Таким образом, мы заключаем, что представленный метод компенсации приводит к значительному уменьшению возмущающего влияния магнитного поля Земли. Это позволяет использовать датчики с высокой точностью.Предполагая конструкцию датчика для представленного ленточного материала, в которой полный диапазон измерения измеряемой величины преобразуется в изменение резонансной частоты 10 кГц, шум из-за ориентации датчиков в магнитном поле Земли сократится до 1 % от этого диапазона измерения. .
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить проект WWTF MA09-029 и проект FWF SFB ViCoM F4112-N13 за финансовую поддержку и Giselher Herzer за полезные обсуждения.
Биографии
•
Бернхард Бергмайр получил степень магистра наук. получил степень по технической физике в Венском технологическом университете (Австрия) в 2008 г. Его исследовательские интересы включают магнитоупругие резонансные датчики и магнитоупругое моделирование.
•
Томас Хубер получил степень магистра наук. получил степень по технической физике в Венском технологическом университете (Австрия) в 2010 году. Его исследовательские интересы включают датчики во всех вариациях.
•
Флориан Брукнер получил степень магистра наук. получил степень по технической физике в Венском технологическом университете, Австрия, в 2010 г. Его исследовательские интересы включают многомасштабное магнитное моделирование.
•
Кристоф Фоглер получил степень магистра наук. получил степень в области технической физики в Венском технологическом университете (Австрия) в 2010 году.
Его исследовательские интересы включают микромагнитное моделирование, в частности магнитное многомасштабное моделирование и проектирование устройств MRAM.
•
Дитер Зюсс получил степень магистра наук. получил степень по технической физике в Венском технологическом университете (Австрия) в 1999 г. и получил степень доктора философии. в 2002 г. С 2007 г. доц. профессор и руководитель проекта Венского технологического университета. Его исследовательские интересы включают микромагнитное и многомасштабное магнитное моделирование, магнитоупругие резонансные датчики и феррозондовые датчики ПЭМ.
Ссылки
1. Герцер Г. Магнитные материалы для электронного наблюдения за предметами.Журнал магнетизма и магнитных материалов. 2003; 254: 598–602. [Google Академия]2. Граймс К.А., Мангл К.С., Зенг К., Джайн М.К., Дрешель В.Р., Паулос М., Онг К.Г. Беспроводные датчики магнитоупругого резонанса: критический обзор. Датчики. 2002;2(7):294–313. [Google Академия]3.
Граймс К.А., Рой С.К., Рани С., Кай К. Теория, аппаратура и применение датчиков магнитоупругого резонанса: обзор. Датчики. 2011;11(3):2809–2844. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]4. Джайн М., Граймс К. Беспроводная магнитоупругая микросенсорная матрица для одновременного измерения температуры и давления.Транзакции IEEE на Magnetics. 2001;37(4 I):2022–2024. [Google Академия]5. Кузудис Д., Граймс К. Частотный отклик магнитоупругих датчиков на нагрузку и атмосферное давление. Умные материалы и конструкции. 2000;9(6):885–889. [Google Академия]6. Grimes C.A., Kouzoudis D., Mungle C. Одновременное измерение плотности и вязкости жидкости с помощью магнитоупругих датчиков удаленного запроса. Обзор научных инструментов. 2000;71(10):3822–3824. [Google Академия]7. Граймс К.А., Кузудис Д. Удаленное измерение давления, скорости потока жидкости и влажности с использованием магнитоупругих толстопленочных датчиков.Датчики и приводы А. 2000;84(3):205–212. [PubMed] [Google Scholar]8. Кузудис Д.
, Граймс К.А. Удаленный запрос измерения скорости потока жидкости с использованием магнитоупругих толстопленочных датчиков. Журнал прикладной физики. 2000;87(9 III):6301–6303. [Google Академия]9. Джайн М.К., Шмидт С., Онг К.Г., Мангл К., Граймс К.А. Магнитоакустические дистанционные датчики температуры и влажности. Умные материалы и конструкции. 2000;9(4):502–510. [Google Академия] 10. Онг К., Паулос М., Джайн М., Гонг Д., Варгезе О., Мангл К., Grimes C. Датчики глюкозы с удаленным запросом на основе магнетизма. Датчики. 2001;1(5):138–147. [Google Академия] 11. Кай К.Ю., Граймс К.А. Магнитоупругий датчик pH с дистанционным запросом. Датчики и приводы Б. 2000;71(1-2):112–117. [PubMed] [Google Scholar] 12. Кай К.Ю., Граймс К.А. Независимый от соли датчик pH. Датчики и приводы Б. 2001;79(2-3):144–149. [Google Академия] 13. Кай К., Джайн М., Граймс К. Беспроводной датчик аммиака с дистанционным запросом. Датчики и приводы Б. 2001;77(3):614–619. [PubMed] [Google Scholar] 14.Онг К., Джайн М., Мангл К.
, Шмидт С., Граймс С. Датчики на основе магнетизма. Труды Международного общества оптической инженерии SPIE. 2001; 4467: 158–172. [Google Академия] 15. Кай К.Ю., Каммерс-Гудвин А., Граймс К.А. Беспроводной магнитоупругий датчик CO 2 с удаленным запросом. Журнал мониторинга окружающей среды. 2000;2(6):556–560. [PubMed] [Google Scholar] 16. Онг К., Зенг К., Ян С., Шанкар К., Руан С., Граймс С. Количественная оценка нескольких биоагентов с помощью беспроводных магнитоупругих микродатчиков с дистанционным запросом.Журнал датчиков IEEE. 2006;6(3):514–522. [Google Академия] 17. Ливингстон Дж. Д. Магнитомеханические свойства аморфных металлов. Физический статус Solidi A. 1982; 70 (2): 591–596. [Google Академия] 18. Герцер Г. Влияние размера домена на магнитоупругое демпфирование в аморфных ферромагнитных металлах. Zeitschrift меха MetaIlkunde. 2002;93(10):978–982. [Google Академия] 19. Герцер Г. Магнитомеханическое демпфирование в аморфных лентах с одноосной анизотропией. Материаловедение и инженерия А.
1997; 226–228: 631–635.[Google Академия] 20. Мангл К.С., Граймс К.А., Дрешель В.Р. Настройка магнитного поля частотно-температурной характеристики магнитоупругого датчика. Датчики и приводы А. 2000; 101:143–149. [Google Академия] 21. Накамура М., Йошизава С., Куцузава Н., Камбе С., Исии О. Дистанционный датчик температуры, состоящий из аморфной магнитной ленты и ферритовой трубки с низкой температурой Кюри. Физический статус Solidi A. 2007;204(12):4137–4140. [Google Scholar]22. Д. Зюсс, Датчик для измерения механических напряжений, Австрийский патент, 507303 (2010).
23. Д. Зюсс, Р. Гроссингер, Сенсорное устройство для бесконтактного измерения температуры с использованием магнитных материалов вблизи фазовых пересечений, Европейский патент, 2280262 (2011).
24. Онг К., Тан Э., Граймс К., Шао Р. Устранение влияния температуры и поля Земли на магнитоупругий датчик рН. Журнал датчиков IEEE. 2008;8(4):341–346. [Google Академия] 25. Ли С., Ченг З.-Ю. Обнаружение неоднородной массы с использованием магнитострикционных биосенсоров, работающих в режимах множественного гармонического резонанса.
Журнал прикладной физики. 2010;107(11) 114514–114514-6. [Google Scholar]Магнитному полю Земли может потребоваться больше времени, чтобы измениться, чем считалось ранее | Наука
Вращение и конвекция расплавленного железа в центре планеты создают эффект динамо, генерирующий магнитное поле Земли. алкспин / iStockЗакручиваясь вокруг твердого внутреннего ядра нашей планеты, на глубине более 1800 миль под поверхностью, горячее жидкое железо создает магнитное поле, простирающееся за пределы атмосферы.Это поле дает нам все, от направлений по компасу до защиты от космических лучей, поэтому неудивительно, что ученые были встревожены в начале этого года, когда заметили, что северный магнитный полюс быстро дрейфует в сторону Сибири. В то время как геофизики изо всех сил пытались выпустить обновленную модель магнитного поля Земли с опережением пятилетнего графика, миграция полюса поставила неотложный вопрос: готовится ли магнитное поле Земли к перевороту?
Магнитное состояние нашего мира постоянно меняется, при этом северный и южный магнитные полюса отклоняются на несколько градусов каждое столетие или около того.
Иногда магнитное поле полностью меняет полярность, в результате чего северный и южный магнитные полюса меняются местами, хотя никто точно не знает, что вызывает этот поворот. (На самом деле северный полюс планеты прямо сейчас является южным магнитным полюсом, но его до сих пор называют «магнитным севером», чтобы соответствовать нашим географическим измерениям.)
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science Advances , исследователи сообщают о новой предполагаемой временной шкале последней смены полярности, названной сменой Брюнеса-Матуямы, которая произошла около 780 000 лет назад.Используя комбинацию образцов лавы, океанских отложений и ледяных кернов, они смогли отследить развитие этого разворота и продемонстрировать, что его характер был более длинным и сложным, чем предполагалось в предыдущих моделях. Полученные результаты могут помочь лучше понять, как развивается магнитная среда нашей планеты, и, надеюсь, помогут прогнозировать следующее крупное возмущение.
«[Смена полярности] — одно из немногих геофизических явлений, которые действительно носят глобальный характер», — говорит Брэд Сингер, профессор геолого-геофизических исследований Университета Висконсин-Мэдисон и ведущий автор исследования.«Это процесс, который начинается в самых глубоких частях Земли, но проявляется в горных породах по всей поверхности планеты и довольно важным образом влияет на атмосферу. … Если мы сможем установить хронологию времени инверсии, у нас будут маркеры, которые мы сможем использовать для определения возраста горных пород по всей планете и определения общих временных точек по всей Земле».
Генерация магнитного поля Земли начинается в самом ее центре. Тепло от твердого внутреннего ядра, образующегося в результате радиоактивного распада, нагревает окружающее жидкое железо, заставляя его циркулировать, как кастрюля с водой на плите.Движение жидкости или конвекция железа создает электрический ток, который генерирует магнитное поле. Когда Земля вращается, магнитное поле примерно совпадает с осью вращения, создавая магнитные северный и южный полюса.
За последние 2,6 миллиона лет магнитное поле Земли перевернулось 10 раз и почти перевернулось более 20 раз во время событий, называемых экскурсиями. Некоторые исследователи считают, что смена полярности вызвана нарушением баланса между вращением Земли и температурой в ядре, что изменяет движение жидкости в жидком железе, но точный процесс остается загадкой.
Схематическое изображение невидимых силовых линий магнитного поля, создаваемых Землей, представленных в виде дипольного магнитного поля. На самом деле наш магнитный щит сжат ближе к Земле на обращенной к Солнцу стороне и сильно вытянут на ночной стороне из-за солнечного ветра. Питер Рид / НАСА Сингер и его коллеги получили более точные хронологические оценки последней смены полярности, используя новые методы датирования застывшей лавы. Базальтовая лава, которая извергается при температуре около 1100 градусов по Цельсию (2012 градусов по Фаренгейту), содержит магнетит, оксид железа, чьи внешние электроны ориентируются вдоль магнитного поля Земли.
Когда лава остывает до 550 градусов по Цельсию (1022 градуса по Фаренгейту), «направление намагниченности блокируется, буквально впивается в поток», — говорит Сингер. В результате история магнитного поля запечатлелась в застывшей лаве, которую Сингер и его команда смогли прочитать, используя специальный процесс для измерения изотопов аргона в образцах разложившейся лавы.
К сожалению для геологов (но к счастью для всех нас), вулканы извергаются не постоянно, поэтому лава является нечетким регистратором эволюции магнитного поля.Чтобы соединить недостающие даты, исследовательская группа объединила новые измерения из семи различных источников лавы по всему миру с прошлыми записями намагниченных элементов в океанских отложениях и кернах антарктического льда. В отличие от лавы, океан обеспечивает непрерывную запись намагниченности, поскольку крупинки магнитного материала постоянно оседают на морском дне и выравниваются с полем планеты. «Но эти пластинки становятся гладкими и деформируются при уплотнении, а на дне морского дна живет много тварей… так что пластинка немного разрушается», — говорит Сингер.
Антарктический лед предлагает третий способ решения истории магнитного поля Земли, поскольку он содержит образцы изотопа бериллия, который образуется, когда космическое излучение сильно взаимодействует с верхними слоями атмосферы — именно то, что происходит, когда магнитное поле ослабевает во время отклонения или инверсии.
Объединив все три источника, исследователи собрали подробную картину того, как магнитное поле развивалось во время его последнего изменения направления. В то время как предыдущие исследования предполагали, что все инверсии проходят через три фазы за промежуток времени не более 9000 лет, команда Сингера обнаружила гораздо более сложный процесс инверсии, для завершения которого потребовалось более 22000 лет.
«В течение этого 22 000-летнего периода мы можем наблюдать гораздо больше нюансов увеличения и уменьшения силы и направленного поведения, чем когда-либо прежде», — говорит Сингер. «И это не соответствует [трехфазному] шаблону… поэтому я думаю, что им придется вернуться к чертежной доске».
Полученные данные ставят под сомнение, будут ли будущие инверсии поля иметь такие же сложности и продолжительность. «Это важный документ, поскольку он документирует новые вулканические данные и объединяет вулканические и осадочные записи, относящиеся к нестабильности геомагнитного поля до последней смены полярности», — говорит Джеймс Ченнел, геофизик из Университета Флориды, не принимавший участия в исследовании. в новом исследовании, в электронной почте.«Является ли эта нестабильность до переворота характеристикой всех переполюсовок? Пока что нет никаких доказательств этого из более старых разворотов».
Соавтор исследования Роб Коу и Тревор Дуарте ориентируют керны из лавового потока, фиксирующего изменение магнитной полярности Матуяма-Брюнес в Национальном парке Халеакала, Гавайи, в 2015 году. Брэд Сингер Даже с тремя наборами измерений остается некоторый вопрос относительно того, дает ли собранная вместе история достаточно информации о том, сколько времени занимает разворот и в каком именно состоянии находится поле, когда происходят такие перевороты.
«Пока нет полных записей, свидетельствующих о сложной последовательности событий, описанной авторами, я не уверен, что неопределенность в отношении возраста позволяет нам различать более двух различных фаз», — говорит Жан-Пьер Вале, исследователь. геофизик из Парижского института физики Земли, не участвовавший в исследованиях, в электронном письме. Валет также ставит под сомнение продолжительность разворота, утверждая, что неопределенность в данных предполагает, что весь процесс мог варьироваться от 13 000 до 40 000 лет — все еще дольше, чем предыдущие оценки.
Узнать больше о процессах, которые приводят к смене полярности, может иметь решающее значение для будущих цивилизаций, поскольку смещающееся магнитное поле может иметь далеко идущие последствия для планеты.
«Когда [магнитное] поле слабое, то есть во время инверсии, основное дипольное поле коллапсирует до величины порядка десяти процентов от его нормальной силы», — говорит Сингер. Этот коллапс может означать проблемы для жизни на Земле, поскольку магнитное поле стабилизирует молекулы озона, защищая планету от ультрафиолетового излучения.
Сингер отмечает, что недавняя работа предполагает, что современные люди адаптировались к защитным генам после того, как неандертальцы пострадали от радиации во время экскурсии, которая ухудшила магнитное поле.
«Долгое время обсуждалось, влияют ли инверсии магнитного поля на биоту на поверхности Земли, — говорит он. «Большинство ранних утверждений несколько абсурдны, потому что хронология была недостаточно хороша, чтобы понять, что обнаружение окаменелостей неандертальцев, например, коррелирует с экскурсией.Но теперь мы знаем эти тайминги намного лучше».
В течение последних 200 или более лет магнитное поле Земли ослабевало со скоростью пять процентов каждое столетие. Если это ослабление и недавняя миграция северного магнитного полюса указывают на надвигающуюся инверсию поля, это может иметь серьезные последствия для технологий, основанных на использовании спутников, которые могут быть повреждены космическим излучением. Тем не менее, Сингер предупреждает, что в ближайшие пару тысячелетий вряд ли произойдет разворот.
«То, что мы наблюдаем сейчас с быстрым перемещением северного полюса, на самом деле вполне нормально», — говорит Сингер. «Есть опубликованные документы, основанные на гораздо более плохих записях, чем те, с которыми мы работаем, которые предполагают, что обращение может произойти менее чем за человеческую жизнь, и это просто не подтверждается подавляющим большинством записей. … Настоящая реверсия, окончательная реверсия, занимает несколько тысяч лет».
Это должно дать человечеству некоторое время, чтобы лучше защитить свои технологии от радиации при следующем инверсии.До тех пор не пугайтесь, если ваш компас сместится на градус или два.
наука о планете Земля Ядро Земли Геология ФизикаРекомендуемые видео
Physics4Kids.
com: Электричество и магнетизм: магнитные поля Магнитные поля отличаются от электрических полей. Хотя оба типа полей взаимосвязаны, они выполняют разные функции. Идея линий магнитного поля и магнитных полей была впервые рассмотрена Майклом Фарадеем , а затем Джеймсом Клерком Максвеллом . Оба этих английских ученых сделали великие открытия в области электромагнетизма .
Магнитные поля — это области, в которых объект проявляет магнитное влияние.Поля воздействуют на соседние объекты вдоль так называемых силовых линий магнитного поля. Магнитный объект может притягивать или отталкивать другой магнитный объект. Вы также должны помнить, что магнитные силы НЕ связаны с гравитацией. Величина гравитации зависит от массы объекта, а магнитная сила зависит от материала, из которого сделан объект.
Если вы поместите объект в магнитное поле, он будет затронут, и эффект будет происходить вдоль силовых линий.
Во многих экспериментах в классе наблюдают, как маленькие кусочки железа (Fe) выстраиваются вокруг магнитов вдоль силовых линий. Магнитные полюса — это точки, в которых начинаются и заканчиваются силовые линии магнитного поля. Силовые линии сходятся или сходятся на полюсах. Вы, наверное, слышали о полюсах Земли. Эти полюса — места, где линии поля наших планет сходятся. Мы называем эти полюса северным и южным, потому что именно там они расположены на Земле. Все магнитные объекты имеют силовые линии и полюса. Он может быть маленьким, как атом, или большим, как звезда.
С другой стороны, стационарные заряды не создают магнитных полей и не подвержены влиянию магнитов. Два провода с текущим током, расположенные рядом друг с другом, могут притягиваться или отталкиваться, как два магнита.Все дело в движущихся зарядах. Магниты являются простыми примерами естественных магнитных полей. Но знаете что? Земля имеет огромное магнитное поле. Поскольку ядро нашей планеты заполнено расплавленным железом (Fe), существует большое поле, которое защищает Землю от космической радиации и частиц, таких как солнечный ветер . Когда вы смотрите на крошечные магниты, они работают аналогичным образом. Вокруг магнита есть поле. Как отмечалось ранее, ток в проводах производит магнитный эффект.Вы можете увеличить силу этого магнитного поля, увеличив ток через провод. Мы можем использовать этот принцип для изготовления искусственных регулируемых магнитов, называемых электромагнитами , путем изготовления катушек из проволоки, а затем пропускания тока через катушки.
Что вызывает магнитное поле Земли?
В некоторые морозные ночи природа раскрашивает темное полотно над полярным кругом светлыми мазками желтого и зеленого цветов.Колеблющиеся, флуоресцентные оттенки признаны одними из самых красивых и заветных из бесчисленных произведений искусства природы. Эту выставку пульсирующих огней обычно называют северным сиянием.
Северное сияние Северное сияние. (Фото: Pixabay)
Великолепный дисплей на самом деле является результатом чрезвычайно вредных космических лучей, испускаемых Солнцем при взаимодействии с магнитным полем Земли. Если бы этого поля не было, озоновый слой был бы сожжен в клочья, и нас бы безжалостно поджарили.Именно это произошло с Марсом, когда его магнитное поле постепенно уменьшилось и исчезло. Итак, что вызывает это магнитное поле?
Рекомендуемое видео для вас:
Основы: Закон Ампера и Фарадея
Магнитное поле не защищает Землю, как толстые стены форта, или, скорее, напоминает тонкую стену форта. одеяло, укрывающее голубой купол. Часто трудно поверить, что он примерно в 40 000 раз слабее, чем обычный магнит на холодильник!
Магнитное поле Земли ведет себя так, как если бы вертикальный столб между полюсами был выдолблен, а в полость посажен стандартный стержневой магнит.Однако магнит не идеально выровнен с полюсами, он немного наклонен. Более того, мы обнаружили, что магнитные линии идут от южного полюса к северному. Это означает, что магнитный север расположен рядом с географическим югом, а магнитный юг расположен вдоль географического севера.
Магнитное поле Земли. Фото: Питер Гермес Фуриан / Shutterstock
Теперь, поскольку противоположные стороны магнита притягиваются, когда красная стрелка или северный магнитный полюс компаса отклоняется и указывает на географический север, он на самом деле притягивается южным магнитным полюсом воображаемый стержневой магнит Земли.
Физик Ампер обнаружил, что подобное отклонение можно наблюдать и вокруг провода с током. Поместив компас в разные места рядом с проводом, он определил направление магнитного поля. Он обнаружил, что линии проходят по проводу концентрическими кругами. Основное следствие состоит в том, что электричество или движущиеся заряды генерируют магнитное поле.
Люди считали, что взаимосвязь однонаправленная, пока Фарадей не показал, что электричество и магнетизм — две стороны одной медали.Фарадей заметил, что в проводе индуцируется ток, когда вокруг него движется магнит. Движение — ударное слово. Это не наличие неподвижного магнита, а движущийся магнит, изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует электрическое поле.
Но согласно Амперу, электрическое поле порождает магнитное поле, которое, как мы узнали, порождает электрическое поле, которое затем порождает магнитное поле и так далее. Создается самоподдерживающийся цикл электрических и магнитных полей.Вот как работает динамо-фонарь, установленный на велосипеде: когда мы крутим педали, по сути, либо проволока вращается вокруг неподвижного магнита, либо магнит вращается вокруг неподвижной катушки проволоки — независимо от того, какую конфигурацию вы используете, динамо-машину или генератор. основан на симбиотических отношениях между движущимися зарядами и магнетизмом. Магнитное поле Земли также создается по тому же принципу.
Динамо-фонарь на велосипеде. (Фото: Гэвин Андерсон / Flickr)
Теория динамо
Если бы вы открыли крышку на Земле, как Kinder Joy, , вы бы обнаружили внутри твердое ядро, погруженное в вязкую жидкость.Вместе они составляют ядро Земли: адская расплавленная жидкость известна как внешнее ядро, а твердое ядро, которое составляет две трети размера Луны, погруженной в него, называется внутренним ядром.
Внутреннее ядро горит при температуре 6000 C, что почти равно температуре на поверхности Солнца, однако, как это ни парадоксально, ядро является твердым, а не жидким из-за сильного гравитационного давления Земли. В основном это твердое железо и, как показывают новые исследования, также, возможно, кислород и сера.Принимая во внимание, что внешнее ядро, которое может похвастаться температурой 2200 C, в основном представляет собой душное расплавленное железо, смешанное с оттенком никеля. Мы считаем, что это расплавленное железо создает магнитное поле Земли.
Ядро Земли. (Фото: Naeblys/Shutterstock)
Теперь, поскольку мы не можем заглянуть внутрь ядра, мы можем только сделать вывод о причинах его магнитных свойств на основе теоретической физики и изучения магматических пород. Наиболее правдоподобная теория аналогична, как уже упоминалось, динамо-машине.Согласно ему, именно движение расплавленного железа — отличного проводника, ибо оно представляет собой океан электрически заряженных частиц — придает форму магнитному полю.
Результирующее магнитное поле взаимодействует с текущими зарядами, создавая электрическое поле, и цикл продолжается, чтобы поддерживать постоянное магнитное поле. Это известно как геомагнитное динамо.
Однако динамо-машине, установленной на велосипеде, требуется энергия велосипедиста для вращения педали. Точно так же движение расплавленной жидкости может быть достигнуто только за счет энергии, но каков источник этой энергии? В настоящее время мы считаем, что энергия возникает из-за конвекции или тепловых потоков во внешнем ядре, когда более легкое железо опускается к внутреннему ядру и в конечном итоге конденсируется в твердое тело.Конденсация — это, по сути, потеря тепла, и именно это тепло питает волны расплавленного железа. Величина магнитного поля Земли настолько мала, потому что 99% его сосредоточено в ядре. Только скудная часть ускользает от него, образуя внешнюю завесу.
Возмущения во внешнем ядре распространяются подобно возмущениям погоды. Их траектории изгибаются, закручиваются и закручиваются по спирали, когда они распространяются наружу подобно водоворотам, тем самым искажая генерируемое магнитное поле.
Однако вращение Земли привносит в их узоры симметрию.Вращение выравнивает случайные магнитные поля, поскольку оно делает ток несколько симметричным относительно оси. Эта сила называется силой Кориолиса. Выравнивание объединяет множество мельчайших полей в одно гигантское магнитное поле, полуоднородное магнитное поле, напоминающее поле, исходящее от стержневого магнита.
Итак, магнитное поле Земли создается комбинаторными эффектами конвекционных токов и вращения Земли. Несмотря на то, что Марс вращается почти с той же скоростью, что и Земля, он не защищен полем, потому что на нем нет динамо-машины, как на Земле.Нелинейная дифференциальная математика, используемая для понимания возмущений, как и математика, используемая для прогнозирования погоды, чрезвычайно сложна и поэтому ограничивает наше понимание магнитного поля Земли. Тем не менее, суперкомпьютеры позволили нам смоделировать вероятные механизмы и поведение турбулентности, которые не только синтезируют ее, но и однажды в голубой луне перевернут или перевернут полюса!
Динамический магнитный щит Земли | Понимание плазмы Солнца и Солнечной системы: будущие направления в солнечной и космической физике
Несмотря на то, что важность повторного соединения общепризнана, а его последствия хорошо известны, ученые до сих пор не до конца понимают, как противоположно направленные силовые линии магнитного поля компенсируют себя в местах повторного соединения.
Достижение этого понимания требует измерения на месте заряженных частиц, а также электрических и магнитных полей в месте пересоединения. Такие измерения сложны из-за небольшого размера участков и должны производиться одновременно с нескольких точек обзора. Исследование этих локализованных областей, окружающих места воссоединения, является одной из основных целей миссии Magnetospheric Multiscale (MMS), четырех космических аппаратов Solar Terrestrial Probe, предназначенных для изучения микрофизических процессов в ключевых пограничных областях магнитосферы Земли из подсолнечной магнитопаузы. до высокоширотной магнитопаузы, а от околоземного хвоста магнитосферы до самых отдаленных ее районов.Помимо пересоединения, MMS будет изучать роль ускорения частиц и турбулентности в передаче энергии внутри и через границы магнитосферы. MMS является первоочередной инициативой Комитета по исследованию в категории умеренной стоимости.
Флот микроспутников миссии Magnetospheric Constellation предоставит информацию о крупномасштабной структуре и динамике магнитосферы путем одновременного сбора данных в нескольких местах.
Северное и южное сияние — драматические видимые проявления возмущений в невидимой плазме магнитосферы Земли.
Циркуляция энергии через плазму происходит по всей Вселенной, в солнечных вспышках, в магнитосферах планет и в протозвездах, а также в магнитосфере Земли. В магнитосфере Земли исследователи могут напрямую измерять поток энергии, но система настолько обширна и динамична, что локальные измерения с отдельных спутников бесполезны для определения общего динамического поведения и структуры магнитосферы.Миссия Magnetospheric Constellation (MagCon) решит эту проблему, развернув десятки небольших автономных микроспутников для проведения непрерывных измерений магнитосферной плазмы и магнитных полей. Эти измерения дадут «пиксели», из которых можно составить «большую картину» всей магнитосферы. Компьютерное моделирование и теория будут играть решающую роль в интеграции пикселей данных в последовательное описание динамики магнитосферы.