Магнитные поля планет | НПК «Магниты и системы»
Уважаемые клиенты!
Про магнитное поле Земли давно известно, и все про это знают. Но есть ли магнитные поля на других планетах? Попробуем разобраться…
Магни́тное по́ле Земли́ или геомагни́тное по́ле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад. На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.
По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный «хвост».
Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Это область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов.
Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.
Магнитное поле Земли генерируется токами в жидком металлическом ядре. Т. Каулингом еще в 1934 году показано, что механизм генерации поля (геодинамо) не обеспечивает устойчивости (теорема “анти-динамо”). Проблема происхождения и сохранения поля не решена по сей день.
Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других планетах.
Есть ли магнитное поле у Марса?
На планете Марс не существует планетарного магнитного поля. Планета имеет магнитные полюса, которые являются остатками древнего планетарного поля. Так как магнитное поле Марса фактически отсутствует, то он постоянно подвергается бомбардировке солнечным излучением, а также воздействием солнечного ветра, что делает его бесплодным миром, который мы и видим сегодня.
Большинство планет, создают магнитное поле с помощью динамо-эффекта.
Металлы в ядре планеты расплавлены и постоянно движутся. Движущиеся металлы создают электрический ток, который в конечном итоге проявляется в виде магнитного поля.
На Марсе есть магнитное поле, которое представляет собой остатки древних магнитных полей. Оно похоже на поля, найденные на дне океанов Земли. Ученые считают, что их присутствие является возможным признаком того, что у Марса была тектоника плит. Но другие данные свидетельствуют о том, что эти движения литосферных плит прекратились около 4 миллиардов лет назад.
Полосы поля достаточно сильны, почти так же, как у Земли, и могут распространяться на сотни километров в атмосферу. Они взаимодействуют с солнечным ветром и создают полярные сияния так же, как и на Земле. Ученые наблюдали более 13 000 этих сияний.
Отсутствие планетарного поля означает что ее поверхность получает в 2,5 раза больше излучения, чем Земля. Если люди собираются исследовать планету, необходим способ оградить человека от вредного воздействия.
Одно из последствий отсутствия, у планеты Марс магнитного поля — невозможность присутствия жидкой воды на поверхности. Марсоходы обнаружили большое количество водяного льда под поверхностью, и ученые считают, что там может быть жидкая вода. Недостаток воды добавляет препятствий, которые инженеры должны преодолеть для того, чтобы изучить, и впоследствии колонизировать, Красную планету.
У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.
Магнитное поле МеркурияОно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.
Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа.
Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.
МагнитосфераОна захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.
MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве.
Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.
Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.
Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.
Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.
Общее строение планеты
Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.
Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.
Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.
Почему у Венеры нет магнитного поля?Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.
Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.
Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.
В статье взяты материалы с сайта: http://spacegid.com
следите за новостями!
Магнитное поле. Земля как огромный компас
Библиографическое описание:Огневой, И. А. Магнитное поле. Земля как огромный компас / И. А. Огневой, Э. М. Нам. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 8 (49). — С. 41-44. — URL: https://moluch.ru/young/archive/49/2636/ (дата обращения: 03.01.2023).
В данной статье речь пойдет о магнитном поле планеты Земля. В начале статьи мы расскажем о том, что такое магнитное поле. Далее мы скажем о постоянных магнитах и их свойствах.
Затем мы перейдем непосредственно к описанию магнитного поля Земли и его свойств.
Ключевые слова: магнитное поле, магнит, географический полюс, магнитный полюс, планета Земля.
Люди издавна знали о некоторых свойствах магнитов, использовали постоянные магниты, например, в компасах. Однако изучение магнитов и магнитных полей началось после того, как ученые связали между собой электрические и магнитные поля. Исследователи выяснили, что магнитное поле также создается электрическим зарядом и что существует такое явление, как электромагнитное поле.
На данный момент существует большое количество математических моделей, описывающих электромагнитные поля, изучены закономерности, в соответствии с которыми они существуют. Их мы свободно используем в своей работе. И уже на их основе можем создавать и придумывать новые.
Изучение магнитных полей позволяет решить многие задачи, которые стоят перед физикой, а также создать большое количество приборов.
В нашей статье мы подробно разберем свойства постоянных магнитов, так как нас интересуют магнетические свойства Земли.
Начнем с того, почему постоянный магнит вообще можно назвать магнитом. Дело в том, что постоянный магнит состоит из некоторого количества поворачивающихся «элементарных магнитов», которые собираются в один большой. Однако здесь кроется проблема: не все маленькие магниты, которые собираются вместе, представляют собой большой магнит, то есть имеют сильное магнитное поле. Так, например, железо состоит из множества «элементарных» магнитов, но не всякий кусок железа является магнитом. В чем же проблема? Для того, чтобы маленькие магниты собрались в один большой, они должны быть одинаково ориентированы, направлены. Также важно сказать, что маленькие магниты выстраиваются в одном направлении под воздействием окружающей среды.
Земля является огромным магнитом, потому что она обладает теми свойствами, которые есть у постоянных магнитов. Этими свойствами являются следующие:
- магниты притягивают железные предметы;
- сила притяжения больше на концах магнита.
Можно провести эксперимент с полосовым, или плоским магнитом. «Если подвесить полосовой магнит за его середину, то он повернется так, что один его конец будет направлен в сторону географического северного полюса Земли, этот конец магнита называют его северным полюсом (обозначили букой N — north), а другой, соответственно, южным (обозначили S — south)» [1] (рис. 1).
Рис. 1. Компас в магнитном поле Земли и стороны света
Именно благодаря тому, что Земля взаимодействует с магнитной стрелкой компаса, и удалось обнаружить ее магнитное поле.
Как думают исследователи, Земля производит токи в жидком ядре (рис. 2). Токи в ядре земли генерируются из-за того, что планета вращается, а расплавленный металл проходит через конвекцию. На самом деле, магнитное поле Земли нельзя назвать сильным: его недостаточно для того, чтобы железные предметы притягивались к магнитным полюсам, но, в то же время, его вполне хватает для реакции стрелок компаса.
Рис. 2. Магнитное поле Земли
Необходимо отметить один интересный факт. Дело в том, что географические и магнитные полюса Земли не совпадают. Это происходит из-за того, что притягиваются противоположные полюса. Так северный географический полюс находится вблизи магнитного южного и наоборот (рис. 3).
Рис. 3. Магнитные и географические полюса Земли
Еще один интересный факт состоит в том, что магнитные полюса Земли перемещаются.
В 1831 году экспедиция Джеймса Кларка Росса, британского полярного исследователя, обнаружила северный магнитный полюс на мысе Аделаида.
В начале XX века ученые считали, что магнитные и географические полюса твердо установлены. Однако в 1903 году путешественник Амундсен обнаружил, что северный магнитный полюс переместился с того места, где он был раньше (по данным Росса). Так ученые поняли, что магнитные полюса сдвигаются. Со времени обнаружения магнитные полюса сдвинулись.
В 1905 году ученые пришли к новому открытию. Французский физик Бернар Брюнес исследовал вулканические породы на юге Франции. Этим массивам было около 750 тыс. лет. Вектор магнитного поля вулканических пород был направлен в противоположном направлении, по сравнению с современными ему данными. Брюнес сделал вывод, что 750 тыс. лет назад направление магнитного поля Земли было совершенно другим.
Постепенно ученые начали находить все больше подтверждений тому, что магнитные поля меняются местами. Мотонори Матуяма, японский исследователь, в 1920-е годы после изучения образцов базальта из Манчжурии и Японии пришел к похожим выводам. По его мнению, с 2,58 млн. до 0,78 млн. лет на планете Земля было другое направление магнитного поля. Переворот, который привел магнитосферу к тому состоянию, в котором она находится сейчас, получил название переворота Брюнеса — Матуямы.
Таким образом, можно сделать вывод, что магнитное поле Земли — это сложный феномен, который требует более подробного изучении.
Литература:
- Лазарев М. И., Кожешкур В. А. Магнитное поле. Профильный уровень // [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/bmagnitnoe-poleb/magnitnoe-pole-profilnyy-uroven (дата обращения: 10.08.2021)
- Планетарный магнитный переворот // [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://cosmos.
- Физика: Электродинамика: углубленный уровень: 10–11 классы: учебник / Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2018. — 476, [4] с. ил.
- Физика. Базовый уровень. 11 класс: учебник/В. А. Касьянов. — 7-е изд., перераб. — М.: Дрофа, 2019.
- Физика. Углубленный уровень. 11 класс: учебник/В. А. Касьянов. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2019.
Страшный звук магнитного поля Земли
ПриложенияНесмотря на то, что магнитное поле необходимо для жизни на Земле, мы не можем увидеть его само по себе или услышать. Но, что примечательно, ученые из Технического университета Дании взяли магнитные сигналы, измеренные спутником ESA Swarm, и преобразовали их в звук — и для чего-то, что нас защищает, результат довольно пугающий.
Сила, которая защищает нашу планету Магнитное поле Земли представляет собой сложный и динамичный пузырь, защищающий нас от космического излучения и заряженных частиц, переносимых мощными ветрами, исходящими от Солнца.
В то время как северное сияние предлагает визуальное отображение заряженных частиц от Солнца, взаимодействующих с магнитным полем Земли, на самом деле возможность услышать магнитное поле, создаваемое Землей, или его взаимодействие с солнечными ветрами — это другой вопрос.
Наше магнитное поле в значительной степени создается океаном перегретого, вращающегося жидкого железа, которое составляет внешнее ядро примерно в 3000 км под нашими ногами. Действуя как вращающийся проводник в динамо-машине велосипеда, он создает электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют наше постоянно меняющееся электромагнитное поле.
Три спутника ЕКА Swarm, запущенные в 2013 году, используются для точного понимания того, как генерируется наше магнитное поле, путем точного измерения магнитных сигналов, которые исходят не только от ядра Земли, но также от мантии, земной коры и океанов, а также от ионосфера и магнитосфера.
Swarm также ведет к новому пониманию погоды в космосе.
Музыкант и сторонник проекта Клаус Нильсен из Технического университета Дании объясняет: «Команда использовала данные со спутников ЕКА Swarm, а также из других источников, и использовала эти магнитные сигналы для манипулирования и управления звуковым представлением поля ядра. . Проект, безусловно, был полезным упражнением в объединении искусства и науки».
Это может показаться кошмарным сном, но, что примечательно, этот аудиоклип представляет собой магнитное поле, создаваемое ядром Земли, и его взаимодействие с солнечной бурей.
Европейское космическое агентство · Страшный звук магнитного поля Земли
«Мы получили доступ к очень интересной звуковой системе, состоящей из более чем 30 динамиков, вкопанных в землю на площади Сольбьерг в Копенгагене.
«Мы настроили его таким образом, чтобы каждый динамик представлял свое место на Земле и демонстрировал колебания нашего магнитного поля за последние 100 000 лет.
«В течение этой недели посетители смогут услышать удивительный грохот нашего магнитного поля — так что, если вы находитесь в Копенгагене, приходите и оцените эту уникальную возможность.
«Грохот магнитного поля Земли сопровождается изображением геомагнитной бури, возникшей в результате солнечной вспышки 3 ноября 2011 года, и действительно звучит довольно пугающе».
Намерение, конечно, не в том, чтобы напугать людей – это причудливый способ напомнить нам, что магнитное поле существует, и хотя его грохот немного нервирует, существование жизни на Земле зависит от него.
Сила магнитного поля в литосфере ЗемлиГромкоговорители на площади Сольбьерг в Копенгагене, Дания, будут транслировать гул магнитного поля Земли 24–30 октября около 08:00, 13:00 и 19:00.
Принести магнитный гул Земли в Копенгаген
Спасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!
Магнитное поле Земли: что произойдет, если полюса перевернутся?
Что вызывает магнитное поле Земли? Магнитные поля генерируются движущимися электрическими зарядами.
В стержневом магните движущиеся заряды представляют собой электроны, вращающиеся вокруг атомов. На Земле это электроны, переносимые циркулирующими потоками расплавленного железа.
Детали не совсем понятны. Но, по сути, горячий материал во внешнем жидком железном ядре Земли расширяется, становясь менее плотным, чем его окружение, и поэтому поднимается. Охлаждая и становясь менее плотным, он должен снова опускаться вниз. Но вращение Земли мешает этому.
Следовательно, жидкость циркулирует вокруг ядра, а трение между его различными слоями заряжает их — как пластиковый гребень, трущийся о нейлоновый свитер. Именно эти движущиеся заряды генерируют магнитное поле Земли.
Таким образом, для планетарного магнетизма необходимы два условия: жидкое ядро и вращение. Мы знаем это, потому что Венера, хотя и размером примерно с Землю, практически не имеет магнитного поля. Планета имеет жидкое ядро, но вращается медленно — всего один раз в 243 земных дня.
Больше похоже на это
Почему магнитные полюса Земли движутся?© Alamy
Хотя магнитное поле Земли очень похоже на магнитное поле стержневого магнита с северным и южным полюсами, оно не такое стабильное, поскольку создается сложными процессами внутри Земли.
Это приводит к смещению магнитных полюсов.
Исторически Северный полюс перемещался примерно на 15 километров в год. Но с 1990-х годов он ускорился и теперь движется со скоростью около 55 километров в год в сторону Сибири. Это предположение, но оно может предвещать «переворот магнитного поля», при котором северный и южный магнитные полюса меняются местами. Это случалось 171 раз за последние 71 миллион лет — и мы запоздали с переворотом.
Модели магнитного поля Земли, основанные на спутниковых наблюдениях, показали, что нынешнее блуждание является результатом битвы между «каплями» необычайно интенсивных магнитных полей глубоко внутри планеты. Что касается переворота магнитного поля Земли, никто на 100% не уверен, почему это происходит.
Что произойдет, если исчезнет магнитное поле?© Getty Images
Ученые обнаружили инверсию магнитного поля, измерив магнитное поле по обе стороны срединно-атлантических хребтов, из которых расплавленная порода выдавливается, как зубная паста из тюбика.
Когда он затвердевает, его кристаллы выстраиваются вдоль направления магнитного поля Земли в то время, оставляя «ленточную запись» инверсий.
Считается, что инверсии происходят в течение от 1000 до 10000 лет, в течение которых поле сжимается до нуля, прежде чем снова возрастет с противоположной полярностью. Поэтому были времена — может быть, даже столетия — когда у Земли практически не было магнитного поля.
Это опасно для жизни, так как магнитное поле планеты простирается далеко в космос и создает защитный пузырь вокруг Земли, ограждая поверхность планеты от урагана частиц солнечного ветра и более высоких энергий частиц космических лучей от глубинных пространство.
Обычно они благополучно направляются вниз к полюсам, создавая полярные сияния. Без защитного поля такая смертельная радиация увеличила бы скорость мутаций живых клеток, что привело бы к раку у животных. Тем не менее, жизнь уже пережила большое количество таких событий, но не была уничтожена.
Насколько стабильно магнитное поле Земли?© Getty Images
Тот факт, что магнитное поле Земли зависит от электрических токов, переносимых расплавленным материалом, циркулирующим в турбулентных недрах планеты, означает, что оно по своей природе изменчиво, о чем свидетельствует нынешнее блуждание магнитного северного полюса (магнитного южного полюса).
полюс, на удивление, не блуждает так быстро).
Но что примечательно, так это то, что магнитное поле, создаваемое такими сильными внутренними конвульсиями, относительно стабильно в течение 99,9% времени. Именно стабильность магнитного поля Земли и надежность обеспечиваемой им защиты позволили жизни на Земле существовать в течение почти 3,8 миллиардов лет.
Как животные используют магнитное поле для навигации?© Getty Images
Многие существа демонстрируют замечательные навыки навигации. Поэтому возникло подозрение, что у них есть какое-то магнитное чутье, позволяющее им обнаруживать силовые линии магнитного поля между полюсами. Однако определить механизм оказалось непросто. Но прогресс был достигнут в 2021 году японскими учеными, исследующими процесс, открытый много лет назад.
В 1970-х годах Ричард Блейкмор, аспирант из США, наблюдал одноклеточные организмы, движущиеся в определенном направлении в илистом пруду, и показал, что они реагируют на магнитное поле.