Магнитные полюса Земли и погода
07.12.2007 13:58
Автор текста Татьяна Дмитриевна Михайленко – синоптик Отдела метеопрогнозов.
Необычные сюрпризы погоды ежегодно происходят в разных районах планеты. Разрушительные наводнения летом-осенью 2002 года в Европе, небывало холодная зима 2002-2003 годов в Средиземноморье и над европейской частью России, рождают не только вопросы о причинах этих катаклизмов, но и теории их объяснения. Характерное свойство атмосферы – ее нестабильность, рожденная не только неоднородностью подстилающей поверхности Земли и прецессией равноденствия (концы земной оси прецессируют – движутся по окружности наподобие концов оси вращающегося волчка), но и еще многими-многими факторами.
Еще в начале ХХ века Эдгар Кейс предсказал смещение полюсов Земли, которое могло бы произойти зимой 1998 года. Благодаря этому предсказанию, некоторые ученые занялись исследованиями проблемы и предположили, что в этом случае должно измениться и положение магнитных полюсов.
Американское геологическое общество в 1984 году опубликовало обзор исследования кернов, взятых со дна океана. Было обнаружено, что магнитные полюса не только смещались, но и просто менялись местами, северный становился южным и наоборот. Последний аналогичный случай состоялся примерно 780 тысяч лет назад и длился несколько тысяч лет. Группа ученых из парижского института наук о Земле под руководством Готье Хуло (Gauthier Hulot) изучала данные об аномалиях магнитного поля, полученные с помощью датского спутника “Orsted”. Этот спутник стал первым космическим аппаратом, позволившим получать данные о местных особенностях магнитного поля Земли.
До сегодняшнего дня многие пытались понять, что могло послужить причиной смещения полюсов? Существует несколько теорий, две из них основные. Первая заключается в том, что на южном полюсе интенсивно нарастает масса льда. Если масса льда будет продолжать расти, то Земля не сможет продолжать вращаться с обычной прецессией оси и найдет новые положения полюсов.
Чарльз Хэпгуд выдвинул другую гипотезу. Он, и работающие с ним ученые, обнаружили под земной корой по крайней мере два пласта необычной горной породы, которая при определенных условиях превращается в жидкость. Опытным путем установлено, что кора Земли может скользить над основной массой, а Земля будет вращаться так, как будто ничего не происходит, хотя полюса уже будут в других местах.
Пусковой механизм смещения полюсов связан с геомагнетизмом Земли. Известно, что за последние 500 лет магнитное поле Земли постоянно ослабевало, а с недавнего времени претерпевает неслыханные изменения. Сейчас магнитное поле представляется довольно прямыми линиями, переплетающимися в узоры.
Изменения магнитного поля влияют на жизнь человека и его эмоции, на жизнь животного мира и окружающей природы, на погоду. Результаты последних исследований палеомагнитологов позволяют сделать вывод о том, что пробои в магнитном поле Земли могут происходить все с меньшим и меньшим разрывом, пока не произойдет тотальное разрушение поля и сдвиг полюсов.
Солнце поистине является центром нашего мира. Миллиарды лет оно удерживает планеты около себя и обогревает их. Земля остро чувствует изменения солнечной активности. Тем не менее, существует ряд косвенных доказательств, приведенных в книгах А.Л. Чижевского, свидетельствующих о реальном солнечном влиянии на климат и погоду. Отмечается выраженная цикличность различных погодных вариаций с периодами, близкими к 11- и 22-летними периодами. Эта периодичность отражается на объектах живой природы, например, сильно заметна по изменению годовых колец у деревьев.
В настоящее время широкое распространение получили прогнозы влияния геомагнитной активности на состояние здоровья людей. Мнение о зависимости самочувствия людей от магнитных бурь уже твердо устоялось и даже подтверждается некоторыми статистическими данными: количество людей, госпитализированных “скорой помощью”, и число обострений сердечно-сосудистых заболеваний возрастает после магнитной бури.
В качестве альтернативного механизма воздействия магнитных бурь на живой организм часто рассматривают инфразвуковые колебания – звуковые волны с частотами менее одного герца, близкими к собственной частоте многих внутренних органов. Инфразвук, возможно, излучаемый активной ионосферой, может резонансным образом воздействовать на сердечно-сосудистую систему человека. Остается заметить, что вопросы зависимости космической погоды и биосферы еще ждут своего полного исследования и результаты могут оказаться очень интересными. В целом магнитосфера и ионосфера Земли неплохо нас защищают от космических угроз.
Для исследования Солнца, магнитосферы и ионосферы Земли развернута сеть солнечных обсерваторий и геофизических станций, а в околоземном космосе парит целая флотилия научно-исследовательских спутников. Основываясь на наблюдения, ученые предупреждают нас о солнечных вспышках и магнитных бурях.
Переворот на Солнце | Наука и жизнь
Солнечный ветер (поток за- ряженных частиц) обтекает Землю и взаимодействует с ее магнитным полем, порож- дая ударную волну на рассто- янии десяти земных радиусов от планеты.
Структура магнитного поля Солнца в плоскости эклиптики. Поле разбито на несколько секторов, в которых направлено либо к светилу, либо от него.
Распределение магнитного поля Солнца в космическом пространстве. Поле охватывает всю Солнечную систему гигантским «пузырем»; его граница именуется гелиопаузой. Из-за вращения Солнца магнитное поле принимает форму спирали Архимеда. Эту кривую описывает точ
Солнечный ветер (поток заряженных частиц) обтекает Землю и взаимодействует с ее магнитным полем, порождая ударную волну на расстоянии десяти земных радиусов от планеты.
‹
›
Открыть в полном размере
В самом начале нового века наше светило Солнце поменяло направление своего магнитного поля на противоположное. Переворот магнитных полюсов (реверс) зарегистрировали специалисты НАСА (Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства), ведущие наблюдение за поведением Солнца. В статье “Солнце произвело реверс”, опубликованной 15 февраля, отмечается, что его северный магнитный полюс, который был в Северном полушарии всего лишь несколько месяцев назад, теперь находится в Южном.
Такое событие – явление далеко не уникальное. Полный 22-летний магнитный цикл связан с 11-летним циклом солнечной активности, и переворот полюсов происходит во время прохождения его максимума. Магнитные полюса Солнца останутся теперь на новых местах до следующего перехода, который случается с регулярностью часового механизма. Загадочны причины и реверса, и самой цикличности солнечной активности. Геомагнитное поле также неоднократно изменяло свое направление, но последний раз такое случилось 740 тысяч лет назад. Некоторые исследователи полагают, что наша планета уже просрочила момент переворота магнитных полюсов, но никто не может точно предсказать, когда теперь он произойдет.
Хотя магнитные поля Солнца и Земли ведут себя по-разному, имеют они и общие черты. В течение минимума солнечной активности магнитное поле светила, как и геомагнитное поле нашей планеты, направлено вдоль меридиана, его силовые линии концентрируются у полюсов и разрежены в области экватора.
Когда солнечная активность растет и увеличивается число солнечных пятен на поверхности Солнца, магнитное поле нашей звезды начинает изменяться. В солнечных пятнах замыкаются потоки магнитной индукции, и величина поля в этих областях в сотни раз возрастает. Как отмечает специалист по физике Солнца в Центре космических полетов имени Маршалла Дэвид Хатевэй (David Hathaway), “меридианаль ные течения на поверхности Солнца захватывают и несут магнитные потоки солнечных пятен от средних широт к полюсам, и дипольное поле устойчиво ослабевает”. Используя данные, собранные астрономами Национальной обсерватории США в Пик Кит, он ежедневно регистрирует среднее магнитное поле Солнца в зависимости от широты и времени начиная с 1975 года по настоящее время. В результате получилась своего рода маршрутная карта, протоколирующая поведение магнитных потоков на поверхности Солнца.
В модели “солнечного динамо” (http://science.msfc.nasa.gov/ssl/pad/solar/dynamo.htm) предполагается, что наше светило работает как генератор постоянного тока, действующего преимущественно в зоне конвекции. Магнитные поля создаются электрическими токами, которые возникают при движении потоков горячих ионизированных газов. Мы наблюдаем ряд потоков относительно поверхности Солнца, и все они могут создавать магнитные поля высокой интенсивности. Меридианальное течение на поверхности Солнца выносит от экватора к полюсам большие массы (75% массы Солнца составляет водород, около 25% – гелий, а на долю других элементов приходится менее 0,1%). На полюсах эти потоки уходят внутрь светила и образуют внутренний встречный противоток вещества. За счет такой циркуляции заряженной плазмы и работает солнечный магнитный генератор постоянного тока. На поверхности Солнца скорость движения потока вдоль меридиана составляет около 20 метров в секунду. В глубине Солнца плотность материи намного выше, и поэтому скорость обратного противотока снижается до 1-2 метров в секунду.
Этот медленный поток несет материал от полюсов к экватору приблизительно двадцать лет.
Теория “солнечного динамо” находится в развитии и требует новых экспериментальных данных. До сих пор исследователи никогда не наблюдали непосредственно момент магнитной переполюсовки Солнца. Сегодня космический корабль “Улисс” (Ulysses) может позволить ученым проверить теоретические модели и получить уникальную информацию.
“Улисс” представляет собой плод международного сотрудничества Европейского космического агентства и НАСА. Он был запущен в 1990 году для наблюдения солнечной системы выше орбитальной плоскости планет. Миновав южный полюс Солнца, он сейчас возвращается, чтобы упасть на его северный полюс и добыть новую информацию. Корабль пролетал над полюсами Солнца в 1994 и 1996 годах, во время пониженной солнечной активности, и позволил сделать несколько важных открытий относительно космических лучей и солнечного ветра. Финалом миссии этого разведчика станет исследование Солнца в период максимальной активности, что позволит получить данные о полном солнечном цикле.
Сведения о солнечном космическом корабле “Улисс” приведены по адресу http://ulysses.jpl.nasa.gov.
Продолжающиеся изменения не ограничены областью космоса вблизи нашей звезды. Магнитное поле Солнца ограничивает нашу Солнечную систему гигантским “пузырем”, образующим так называемую гелиосферу. Она простирается от 50 до 100 астрономических единиц (1 а.е. = 149 597 871 км, среднему расстоянию от Земли до Солнца) далее орбиты Плутона. Все, что находится внутри этой сферы, считается Солнечной системой, а далее – межзвездное пространство.
“Сигнал о переполюсовке магнитного поля Солнца передается через гелиосферу солнечным ветром, – объясняет Стив Суесс (Steve Suess), другой астрофизик из Центра космических полетов имени Маршалла. – Требуется около года, чтобы эта весть дошла от Солнца до внешних границ гелиосферы. Поскольку Солнце вращается, совершая один оборот каждые 27 дней, магнитные поля за пределами светила имеют форму спирали Архимеда. Их сложная форма не позволяет заранее оценить в деталях влияние реверса магнитного поля на поведение гелиосферы”.
Магнитосфера Земли защищает жителей планеты от солнечного ветра. Вспышки на Солнце сопровождаются магнитными бурями и полярными сияниями, которые можно наблюдать на Аляске, в Канаде, Норвегии и северных территори ях нашей страны. Но существуют и другие, менее очевидные связи солнечной активности с процессами на планете. В частности, отмечено, что сейсмичность Земли увеличивается при прохождении максимума активности Солнца, и установлена связь сильных землетрясений с характеристиками солнечного ветра. Возможно, этими обстоятельства ми и объясняется серия катастрофических землетрясений, случившихся в Индии, Индонезии и Сальвадоре после наступления нового века.
Капли космического дождя падают на магнитный зонт Земли
Каждые несколько минут «капли» плазмы размером с Землю падают из космоса на Землю. Вместо того, чтобы катастрофически падать на землю, эти капли, называемые струями магнитослоя, ударяются и отклоняются внешними пределами магнитного поля Земли.
Несмотря на их частое появление вблизи Земли и вероятное повсеместное распространение по всей Солнечной системе, изучение струй магнитослоя только начинается, и мы многого не знаем об их происхождении и поведении.
В частности, их потенциальное влияние на космическую погоду — явления, с которыми мы сталкиваемся на Земле из-за постоянно меняющегося потока плазмы, протекающего через нашу Солнечную систему, — неясны и все еще исследуются. Поэтому эти джеты в настоящее время не учитываются в моделях или прогнозах космической погоды. Здесь мы обсуждаем последние открытия в этой области и важные вопросы, на которые еще предстоит ответить.
Также представлены магнитное поле Земли (слабые синие линии) и полярное сияние в ионосфере Земли. Авторы и права: Э. Масонгсонг, Х. Хиетала, Л. Вуоринен, А. ЛамуриМы живем под защитным зонтиком, или пузырем, называемым магнитосферой (Рисунок 1). Это область, где магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра — постоянного потока плазмы, идущего от Солнца. Солнечный ветер увлекает магнитное поле Солнца далеко в межпланетное пространство, где оно сталкивается с другими объектами Солнечной системы. Если бы не собственное магнитное поле Земли, солнечный ветер сорвал бы нашу атмосферу, превратив Землю в бесплодную скалу, подобную Марсу.
Солнечный ветер дует со скоростью сотни километров в секунду (~ 1 миллион миль в час), сдавливая магнитосферу Земли с ближайшей к Солнцу стороны и вытягивая ее, как ветроуказатель, с другой стороны. Поверхность, на которой уравновешиваются конкурирующие давления солнечного ветра и магнитосферы, другими словами, поверхность пузыря, называется магнитопаузой.
Солнечный ветер сильно изменчив, его скорость и ориентация магнитного поля постоянно меняются, и по мере того, как ветер прибывает и убывает, эта поверхность сжимается и расширяется, чтобы поддерживать баланс, не разрывая пузырь.
Солнечный ветер сверхзвуковой, и по аналогии с тем, что происходит, когда самолет летит со сверхзвуковой скоростью через атмосферу, вне магнитосферы на стороне, обращенной к Солнцу, образуется ударная волна, называемая носовой ударной волной. На этом ударном фронте плазма солнечного ветра замедляется, нагревается и сжимается, создавая турбулентный слой, известный как магнитослой, и именно здесь мы находим быстрые струи плазмы.
Получайте самые захватывающие научные новости недели на свой почтовый ящик каждую пятницу.
Зарегистрируйтесь сейчас
Космическая погода, большая и маленькая Мы ощущаем космическую погоду из-за взаимодействия нашей планеты с солнечным ветром. Крупные и драматические явления космической погоды, такие как взрывные солнечные вспышки и выбросы корональной массы, могут иметь потенциально катастрофические последствия для современной цивилизации.
От сбоя GPS до массовых отключений электроэнергии выброс корональной массы размером с Кэррингтон может поставить мир в тупик.
Знаменитое Кэррингтонское событие 1859 года, самый сильный выброс корональной массы из когда-либо наблюдавшихся, вызвал полярные сияния на юге, вплоть до Мексики и Кубы, и многие люди сообщали, что ночное небо было таким же ярким, как день. Сильное сжатие магнитосферы во время события вызвало серьезные и широкомасштабные повреждения телеграфных систем, что привело к поражению электрическим током операторов и вспышкам пожаров.
Если такое событие повторится сегодня, нарушение наших технологий и инфраструктуры будет серьезным, а затраты оцениваются в триллионы долларов. От сбоя GPS до массовых отключений электроэнергии выброс корональной массы размером с Кэррингтон может поставить мир в тупик. Трудно представить себе мир, в котором телефон и интернет-связь внезапно отключаются, не говоря уже о том, что нет питания для зарядки устройств!
К счастью, события такой интенсивности очень редки в течение человеческой жизни — они входят в число наименее распространенных стихийных бедствий, суперураганов или гигантских землетрясений в мире космической погоды.
Тем не менее, мы сталкиваемся с менее экстремальными формами космической погоды каждый день, примером чего являются ослепительные полярные сияния в высоких северных и южных широтах, являющиеся следствием взаимодействия солнечного ветра с нашей магнитосферой.
Прогнозирование случайных сильных ураганов имеет решающее значение для общественной безопасности и выживания, но на регулярной основе большинство людей больше интересует, предвещает ли их местный прогноз дождь. Точно так же, в то время как ученые, занимающиеся космической погодой, срочно стремятся прогнозировать крупные события, мы также постоянно следим за более приземленными типами активности космической погоды и их фундаментальными последствиями. Это важно как в космосе, чтобы защитить спутники и астронавтов, которые уязвимы для энергетических частиц, так и на Земле, где наведенные токи от возмущений магнитного поля могут вызвать постепенную деградацию силовых трансформаторных станций и другой инфраструктуры, такой как коррозия трубопроводов и железнодорожных линий.
.
Струи магнитослоя обрушиваются на магнитосферу Земли каждый день [ Plaschke et al. , 2018]. По мере того, как солнечный ветер обрабатывается, замедляется и сжимается в головном скачке уплотнения, могут спорадически возникать джеты, на которые влияет структура самого удара.
Важна геометрия ударной волны в глобальном масштабе. Кривизна ударной волны и ориентация межпланетного магнитного поля, переносимого солнечным ветром, определяют структуру ударной волны и то, как она обрабатывает солнечный ветер. При увеличении масштаба наблюдения космического корабля и модельное моделирование показывают нам, что ударные области, где межпланетное магнитное поле перпендикулярно ударной поверхности, выглядят совершенно иначе, чем области, где магнитное поле почти выровнено с ударной поверхностью (рис. 1). В областях, где магнитное поле перпендикулярно ударной поверхности, ударный переход растянут, а ударная поверхность гофрирована, в отличие от более резкого перехода и более простой структуры, где магнитное поле и ударная поверхность более тесно выровнены.
Объяснение этой разницы коренится в геометрии. В ударных областях, где магнитное поле солнечного ветра перпендикулярно ударной волне, частицы солнечного ветра могут отражаться от ударной волны и перемещаться далеко назад от Земли вдоль падающих силовых линий магнитного поля. Эти отраженные частицы вместе образуют турбулентную область — форшок — из-за их взаимодействия с набегающим солнечным ветром. Важно отметить, что соседняя ударная область также подвергается воздействию, становясь гофрированной и волнистой.
Когда солнечный ветер проходит через такую рябь при ударе, он не замедляется так сильно, как окружающий солнечный ветер. Таким образом, быстрые струи магнитослоя могут возникать при протекании солнечного ветра через волнистую ударную волну. Кроме того, плазменные структуры турбулентного форшока могут пересекать ударную волну, выходя в виде струй. Поскольку формирование струй связано с форшоком, струи чаще всего наблюдаются, когда силовые линии магнитного поля солнечного ветра направлены прямо от Земли к Солнцу, что известно как условия радиального межпланетного магнитного поля.
В этих условиях форшок присутствует в носовой части головной ударной волны Земли.
После формирования струи они движутся через магнитослой к Земле, пробиваясь через окружающую более медленную плазму с динамическим давлением, сравнимым с восходящим солнечным ветром. . Некоторые струи рассеиваются по пути, но многие из них переживают весь путь через магнитослой и в конечном итоге сталкиваются с большим импульсом на границе магнитосферы Земли, магнитопаузе (рис. 2).
Эти столкновения могут вдавливать магнитопаузу, возмущать внешний край магнитосферы и запускать цепь событий, охватывающих магнитосферу вплоть до ионосферы.
Поверхность магнитопаузы может отскакивать, например, вибрировать, как кожа барабана, и запускать плазменные волны в магнитосферу. Реактивные удары также были связаны с наблюдениями за полярным сиянием. Чтобы спрогнозировать потенциальное воздействие джетов на космическую погоду, мы должны понять условия, при которых они возникают, и когда они будут достигать магнитопаузы с максимальной скоростью.
Наши знания о струях магнитослоя основаны на данных, полученных космическими аппаратами, исследующими околоземную электромагнитную среду. Запущенная в 2007 году и до сих пор успешно реализуемая пятиспутниковая миссия НАСА THEMIS-ARTEMIS, в частности, значительно расширила наше понимание многих областей космоса и космической погоды, от солнечного ветра и его взаимодействия с магнитным полем Земли до полярного сияния и даже плазмы вокруг Луна.
Исследователи обнаружили, что в периоды «быстрого» солнечного ветра возникало больше джетов.
Эти интервалы меняются в зависимости от 11-летнего солнечного цикла, поэтому число джетов, попадающих в магнитопаузу, может иметь такую же периодическую зависимость.
Эти интервалы меняются в зависимости от 11-летнего солнечного цикла, поэтому число джетов, попадающих в магнитопаузу, может иметь такую же периодическую зависимость.В недавнем исследовании с использованием данных THEMIS исследователи заметили, что частота джетов, достигающих магнитопаузы, сильно зависит от свойств солнечного ветра в головной ударной волне [ LaMoury et al. , 2021]. Они обнаружили, что когда магнитное поле солнечного ветра почти радиальное, ожидается, что джеты будут сталкиваться с магнитопаузой каждые несколько минут, то есть более чем в 17 раз чаще, чем когда магнитное поле солнечного ветра достигает Земли под косым углом. Они также обнаружили, что больше струй возникало в периоды «быстрого» солнечного ветра (скорость которого примерно вдвое превышает нормальную). Эти интервалы меняются в зависимости от 11-летнего солнечного цикла, поэтому число джетов, попадающих в магнитопаузу, может иметь такую же периодическую зависимость.
Помимо управления структурой различных областей головной ударной волны, ориентация магнитного поля солнечного ветра влияет на то, что происходит на магнитопаузе.
Увеличив масштаб этой границы, где магнитное поле солнечного ветра встречается с магнитным полем Земли, мы видим, что геометрия снова вступает в игру.
А именно, если магнитное поле солнечного ветра ориентировано на юг, в противоположность северному магнитному полю Земли, может произойти эрозия магнитопаузы посредством процесса, известного как магнитное пересоединение (рис. 2). Пересоединение — ключевой процесс в физике плазмы, при котором коренным образом изменяется связанность силовых линий магнитного поля и происходит взрывное высвобождение энергии, запасенной в магнитном поле.
В случае магнитопаузы антипараллельные силовые линии солнечного ветра соединяются с силовыми линиями Земли, отслаивая их от обращенной к Солнцу стороны магнитосферы. Это приводит к ослаблению магнитного щита Земли, позволяя плазме и энергии солнечного ветра проникать в магнитосферу Земли. Таким образом, одним из важнейших аспектов прогнозирования космической погоды является наблюдение за ориентацией магнитного поля солнечного ветра далеко вверх по течению от Земли.
Хотя измерение северно-южной составляющей магнитного поля солнечного ветра до того, как оно достигнет Земли (вместе со скоростью и плотностью солнечного ветра), может помочь нам подготовиться к штормам космической погоды, оно не дает нам полной картины того, как космическая погода развивается на Земле. Гораздо более частые ливневые дожди (то есть струи) могут играть роль, которая до недавнего времени не считалась контролирующей магнитное пересоединение, что вызвало споры в сообществе физиков магнитосферы. Было замечено, что струи из-за их высокого динамического давления сжимают границу магнитопаузы, чтобы помочь инициировать повторное соединение, поскольку противоположные магнитные поля более эффективно сближаются [9].0043 Хиетала и др. , 2018].
Кроме того, исследователи предположили, что ориентация магнитного поля в джетах может отличаться от ориентации поля в окружающем магнитослое. Никири и др. [2019] наблюдали джеты с направленными на юг магнитными полями, распространяющимися к магнитопаузе и вызывающими повторное соединение, несмотря на измерения в то время, показывающие, что магнитное поле солнечного ветра было ориентировано на север.
Вероятно, это не было единичным явлением, и оно вызвало цепочку событий, приведших к усилению геомагнитной активности на ночной стороне магнитосферы, противоположной Солнцу.
Вуоринен и др. [2021] провел статистическое исследование компонента север-юг в джетах по сравнению с окружающим магнитослоем, используя данные THEMIS, еще раз подтвердив, что джеты часто несут магнитные поля, направленные на юг, даже когда магнитное поле солнечного ветра направлено на север. Комбинация джетов, сжимающих и вводящих южные поля в магнитопаузу, может быть благоприятной для запуска повторного соединения даже в условиях солнечного ветра, когда мы обычно этого не ожидаем. Этот результат подчеркивает важность изучения поведения магнитосферы во времена радиального межпланетного магнитного поля.
Текущие усилия и вопросы без ответов До сих пор мы рассматривали только джеты в магнитослое Земли. Однако весьма вероятно, что джеты, возникающие на волнистых ударных поверхностях, существуют где-то в Солнечной системе и за ее пределами.
Поэтому, изучая джеты в околоземном пространстве, мы потенциально узнаем о процессах, происходящих на других планетах, таких как Венера и Юпитер, а также о толчках, вызванных выбросами корональной массы, или даже о огромных астрофизических ударах, таких как взрывы сверхновых.
Изучая джеты в околоземном пространстве, мы потенциально узнаем о процессах, происходящих на других планетах, таких как Венера и Юпитер, а также о мощных астрофизических ударах, таких как взрывы сверхновых.
Многие аспекты реактивных самолетов до сих пор обсуждаются. Помимо их образования при ряби на ударных поверхностях были предложены и другие механизмы образования. Раптис и др. [2022], например, предоставил доказательства того, что очаги быстрого солнечного ветра, захваченные ниже по потоку от ударной волны, могут стать струями, когда ударная поверхность регенерируется в новом месте в естественном цикле реформирования ударной волны. Не совсем ясно, как разные механизмы могут быть связаны с неотъемлемыми свойствами джетов, наблюдаемых в магнитослое.
В частности, поведение магнитосферы во времена радиального межпланетного магнитного поля изучено не так хорошо, как крайние случаи сильного южного или северного поля. По мере того, как наше понимание джетов расширяется, мы ожидаем, что они станут считаться фундаментальной частью сложной магнитосферной системы Земли.
Hietala, H., et al. (2018), Наблюдения in situ высокоскоростной струи магнитослоя, вызывающей пересоединение магнитопаузы, Geophys. Рез. лат. , 45 , 1732–1740, https://doi.org/10.1002/2017GL076525.
LaMoury, A. T., et al. (2021), Управление солнечным ветром формирования струи магнитослоя и распространения к магнитопаузе, J. Geophys. Рез. Космическая физ. , 126 , э2021ДЖА029592, https://doi.org/10.1029/2021JA029592.
Никири К. и др. (2019), Может ли усиленная потоковая нагрузка высокоскоростных струй привести к суббуре? Многоточечное обнаружение начала суббури «Рождественский день» в 08:17 UT, 2015, J.
Geophys. Рез. Космическая физ. , 124 , 4 314–4 340, https://doi.org/10.1029/2018JA026357.
Плашке Ф. и др. (2018), Струи после бесстолкновительных ударов, Space Sci. Ред. , 214 , 81, https://doi.org/10.1007/s11214-018-0516-3.
Раптис С. и др. (2022), Генерация высокоскоростной плазменной струи ниже по течению как прямое следствие ударного преобразования, Nat. коммун. , 13 , 598, https://doi.org/10.1038/s41467-022-28110-4.
Вуоринен Л. и др. (2021), Магнитное поле в джетах магнитослоя: статистическое исследование B z вблизи магнитопаузы, J. Geophys. Рез. Космическая физ. , 126 , e2021JA029188, https://doi.org/10.1029/2021JA029188.
Информация об автореЛаура Вуоринен, Университет Турку, Турку, Финляндия; Адриан Ламури, Имперский колледж Лондона, Великобритания; Эммануэль Масонгсонг ([email protected]), факультет наук о Земле, планетах и космосе, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес; и Хели Хиетала, Имперский колледж Лондона, Великобритания
Образец цитирования: Вуоринен, Л. , А. Ламури, Э. Масонгсонг и Х. Хиетала (2022), Капли космического дождя, брызгающие на магнитный зонт Земли, Эос, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220485. Опубликовано 7 октября 2022 г. Текст © 2022. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0 Если не указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.
Странная наука: магнитное поле Земли
Версия для печати
Сквозные концепции NGSS
Образцы
Основные дисциплинарные идеи NGSS
ESS2.A: Earth Materials and Systems
Содержание
Странная наука: магнитное поле Земли
СФ Рис. 7.5. Ориентация железных пломб делает линии магнитного поля вокруг стержневого магнита видимыми. Железо представляет собой магнитный материал, который либо отталкивается, либо притягивается к двум полюсам стержневого магнита.
Изображение предоставлено доктором Дайной Мейсон, Flickr, изменено Narrissa Spies
А магнитное поле — это трехмерная область вокруг магнита, в которой магнит воздействует на другие объекты. Невидимое магнитное поле простого стержневого магнита можно визуализировать, поместив вокруг него железные опилки (рис. 7.5). Магнит воздействует на железные опилки, заставляя их двигаться и выравниваться с линиями магнитного поля магнита. У каждого магнита есть северный полюс (часто окрашенный в красный цвет и обозначенный буквой «N») и южный полюс (часто окрашенный в синий цвет и обозначенный буквой «S»). Противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу. Например, северный полюс одного магнита будет притягиваться к южному полюсу второго магнита.
СФ Рис. 7.6. Диаграмма, показывающая линии, представляющие линии магнитного поля Земли. Стрелки компаса ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля.
Обратите внимание, что южный полюс магнитного поля Земли указывает на Полярный круг.
Изображение предоставлено Zureks, Wikimedia Commons
Земля имеет сильное магнитное поле (SF рис. 7.6) с магнитными полюсами. Магнитное поле Земли возникает в ее ядре, которое в основном состоит из магнитного материала железа. Магнитное поле Земли создается и поддерживается жидким внешним ядром, движущимся вокруг твердого внутреннего ядра, индуцируя электрические токи. Эти электрические токи генерируют магнитные поля, перпендикулярные потоку электрического заряда. Этот процесс описывается теорией динамо и применим ко многим другим небесным телам.
Путники уже давно могут перемещаться с места на место с помощью простых магнитных компасов. Стрелки компаса ориентируются на магнитные полюса Земли. Так называемый «Северный полюс» за Полярным кругом на самом деле является южным полюсом магнитного поля Земли. Его называют Северным полюсом, потому что на него указывает северный полюс стрелки компаса.
Точно так же южный полюс стрелки магнитного компаса притягивается к северному полюсу магнитного поля Земли, обнаруженному у побережья Антарктиды. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли.
Набор вопросов
- Используйте свои слова для определения следующих терминов:
- магнитное поле
- магнитный полюс
- Если бы вы находились в Канаде, красный кончик стрелки вашего магнитного компаса (обозначенный буквой «N») указывал бы на Полярный круг. Как это повлияет на то, как вы ориентируетесь по компасу в этой части мира?
- Если бы вы стояли в Австралии, в каком направлении указывала бы красная буква N стрелки вашего компаса? Объясните свои рассуждения, используя термины «магнитное поле» и «магнитный полюс».
- Магнитное поле Земли находится не точно на географическом северном полюсе. Как вы думаете, почему люди до сих пор пользуются простым магнитным компасом?
- Исследуйте, как магнитное поле Земли меняется в разных местах на поверхности планеты.
