Karte des Erdmagnetfeldes. Veränderungen im Erdmagnetfeld. Weltliche magnetische Variationen

Wenn ein langer und dünner Magnetstab – eine Magnetnadel – an einem Punkt befestigt oder frei drehbar aufgehängt wird, dann wird er an jedem Punkt in der Nähe der Erdoberfläche unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds immer ungefähr in der Höhe installiert gleiche Richtung (von Norden nach Süden). Ein Kompass, der diese Eigenschaft nutzt, ist seit langem bekannt und in der See- und Flugnavigation von großer Bedeutung. Die genaue Kenntnis des Magnetfelds für möglichst viele Punkte auf der Erde ist für Wissenschaft und Praxis äußerst wichtig. Daher werden den ganzen Tag über Tag für Tag systematische Magnetbeobachtungen an über den ganzen Globus verteilten Magnetobservatorien durchgeführt. Die erste Magnetkarte wurde 1701 von E. Halley veröffentlicht, der die Beobachtungen vieler Seeleute über die Richtung der Magnetnadel sammelte. Derzeit werden Magnetfeldkarten auch mit installierten Magnetometern erstellt Künstliche Satelliten Erde.

Auf praktische und visuelle Weise grafisches Bild Das Magnetfeld entsteht durch die Konstruktion seiner Kraftlinien, deren Tangenten an jedem Punkt die Richtung des Feldes angeben. Dies ist deutlich sichtbar in nächstes Erlebnis. Legen Sie eine Glasscheibe auf den Magneten, streuen Sie etwas Eisenspäne darüber und schütteln Sie ihn leicht. Die Sägespäne werden in Form von Ketten angeordnet, die die Richtung der Feldlinien anzeigen. Die Dichte dieser Linien, d. h. die Anzahl der Linien, die durch eine einheitliche Oberfläche verlaufen, charakterisiert die Größe der magnetischen Feldstärke. In nicht allzu großer Entfernung von der Erdoberfläche ist ihr Magnetfeld in erster Näherung so Erde war ein Magnet mit einer etwa von Norden nach Süden gerichteten Achse, die durch den Mittelpunkt der Erde ging und um 11° zur Rotationsachse der Erde geneigt war (Abb. 1). Die beste Annäherung an das auf der Erde beobachtete Feld liefert ein magnetischer Dipol, der gegenüber dem Erdmittelpunkt um 436 km verschoben ist.

Die magnetische Feldstärke beträgt am Pol 0,62 G und am Äquator 0,31 G. Die Koordinaten des magnetischen Nordpols sind 76° N. Breitengrad: 101°w. D.; südlich - 66° S. Breitengrad: 140° Ost. e. Es werden viele unregelmäßige Abweichungen von einem reinen Dipolfeld beobachtet. In der Neuzeit liegt der Nordpol des Dipols bei Südlichen Hemisphäre. Basierend auf der Untersuchung der Magnetisierung von magmatischen und Sedimentgestein an Land und Meeresboden Es gab Hinweise darauf, dass das Dipolfeld der Erde zeitweise fast die entgegengesetzte Richtung hatte wie heute. Der Ursprung des erdeigenen Magnetfelds wird üblicherweise auf die Wirkung eines Mechanismus zurückgeführt, der mit elektrischen Strömen im quasi-flüssigen Kern des Planeten verbunden ist.

Lange Zeit wurde angenommen, dass sich das nahezu dipolnahe, ruhige Magnetfeld der Erde im Vakuum des interplanetaren Raums unendlich weit ausdehnt. Messungen an Raumfahrzeugen zeigten, dass dies nicht der Fall ist. Es stellt sich heraus, dass das Erdmagnetfeld ein Hindernis für das von der Sonne kontinuierlich ausgesandte ionisierte Überschallgas darstellt – Sonnenwind. Dadurch konzentriert sich das Feld auf einen Bereich endlicher Dimensionen. Auf der von der Sonne beleuchteten Seite der Erde wird die Region durch eine annähernd kugelförmige Oberfläche mit einem Radius von 10-15 Erdradien (R) begrenzt und erstreckt sich auf der gegenüberliegenden Seite wie ein Kometenschweif über Entfernungen von bis zu mehrere tausend Erdradien und bilden einen geomagnetischen Schweif. Dieser Raumbereich, der mit magnetischen Kraftlinien gefüllt ist, die mit der Erde verbunden sind, wird Erdmagnetosphäre genannt (Abb. 2). Die Magnetosphäre ist durch einen Übergangsbereich vom interplanetaren Magnetfeld getrennt. In bestimmten Zonen der Magnetosphäre – Strahlungsgürteln – gibt es einen Strom geladener Teilchen, die vom Erdmagnetfeld eingefangen werden. In der Magnetosphäre gibt es ein komplexes System elektrischer Ströme. Änderungen dieser und ionosphärischer Ströme verursachen sowohl langsame kontinuierliche Änderungen als auch relativ schnelle Änderungen, sogenannte magnetische Stürme. Die durch diese Ströme verursachten Feldschwankungen auf der Erdoberfläche überschreiten in der Regel nicht 1 %, jedoch in den äußeren Teilen der Magnetosphäre, nahe ihrer Grenze – der Magnetopause, wo die Feldstärke etwa tausendmal geringer ist als auf der Erdoberfläche Auf der Erdoberfläche können die relativen Veränderungen viel größer sein.

Einige der schnellsten Variationen erfolgen in einem kleinen Bruchteil einer Sekunde; Es werden tägliche und saisonale Schwankungen beobachtet. Im Einklang mit dem Sonnenaktivitätszyklus wurden 11-jährige Schwankungen festgestellt. Sich ändernde elektrische Ströme im Erdkern erzeugen säkulare Schwankungen im Erdmagnetfeld; Es dauert Hunderte von Jahren, bis diese Variationen spürbare Auswirkungen auf das Feld haben.

Das Magnetfeld der Erde ist eine Modifikation ihres Gravitationsfeldes.

Und das Gravitationsfeld ist nicht genau das, was wir uns vorstellen.

1. Schwerkraftfeld

Um die Natur des Erdmagnetfeldes zu verstehen, müssen wir zunächst die Natur der Energie verstehen. Und wie der Leser sehen wird, ist die Welt viel einfacher, als wir uns vorstellen ...

Schwerkraftfeld

Am Ende des 19. Jahrhunderts herrschte in der Wissenschaft die „Äthertheorie“. Die Essenz der Theorie: Der gesamte Raum des Universums ist mit einer bestimmten Substanz gefüllt – „Äther“. Das ist ein Vermittler bei der Übertragung aller Interaktionen. Und nuklear und stark und schwach und elektromagnetisch ... usw. Dann wurde es durch die Relativitätstheorie ersetzt. Und nach und nach vergaßen sie die Theorie des Äthers.

Was aber auffällt: Basierend auf der Äthertheorie ist einiges ernst zu nehmen wissenschaftliche Entdeckungen. Dies betrifft vor allem Elektrizität und Elektromagnetismus. Maxwell leitete die Gesetze der Elektrodynamik ab und glaubte fest an die Existenz des Äthers. Was haben Sie erreicht? genialer Tesla…

Es stellt sich die Frage: Wenn auf der Grundlage einer „falschen“ Theorie „richtige“ Entdeckungen gemacht wurden, war das dann wirklich so „falsch“? Hat sich nicht herausgestellt, dass „das Baby zusammen mit dem Wasser aus der Wiege geworfen wurde“? Schließlich weist Einsteins derzeit vorherrschende Theorie so viele Absurditäten und Widersprüche zur Realität auf ...

Hätte es zu Beginn des 20. Jahrhunderts einen Menschen gegeben, der statt der Relativitätstheorie die Äthertheorie „ein wenig korrigiert“ hätte, so sähe die Wissenschaft und damit auch die menschliche Gesellschaft heute völlig anders aus .

Das Konzept der vier Substanzen ergibt sich aus der Tatsache, dass der gesamte Raum des Universums tatsächlich mit einer bestimmten Substanz gefüllt ist. Nur nicht mit „Äther“, sondern mit „Energie“. Dieselbe berüchtigte Energie, die alles bewegt, Wasser in einem Kessel zum Kochen bringt, Bomben explodieren lässt ... Aber über die die Wissenschaft absolut nichts weiß: weder ihre räumlichen Eigenschaften noch ihre Masse, noch ihre Form usw. usw. usw.

Ein Elementarteilchen der Materie ist ein Dipol (in der Abbildung - in Form eines Pfeils).

Ein Elementarteilchen der Materie und die Wirkungsbereiche seiner Anziehungs- und Abstoßungskräfte.

(Dipol)

Ein Elementarteilchen hat beides. Dabei wirken die anziehenden Kräfte des Elementarteilchens in der vorderen Hemisphäre (entlang der Bewegungsrichtung) des Elementarteilchens und die abstoßenden Kräfte in der hinteren Hemisphäre.

Wie werden diese Kräfte erzeugt?

Stellen wir uns den Stoff „Energie“ in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases vor. Und das Elementarteilchen hat die Form eines Stabes, an dessen vorderem Ende sich eine Pumpe befindet, mit einer Glocke davor. So „schwebt“ ein Elementarteilchen – ein Stab – im „Ozean“ der Stoffenergie.

Mit dieser Glocke saugt unser Stab die umgebende „Flüssigkeit“ an. Natürlich entsteht an der Stelle, an der sich zuvor die aufgenommene Flüssigkeit befand, ein Hohlraum – ein Vakuum. In diesen fließt sofort Flüssigkeit aus dem umgebenden Raum. Die Bewegung dieser „Flüssigkeit“ erscheint. Von allen Seiten des Raumes – bis zur „Glocke“. Wir sehen dies in Form von gepunkteten Pfeilen in der Abbildung.

Gleichzeitig „fangen“ bewegte Energieströme andere Elementarteilchen in ihren Strömen ein. Die mit sich ziehen. Das heißt, in Richtung der „Glocke“ unseres „Stabes“. So entsteht die Anziehungskraft eines Elementarteilchens der Materie.

Mehr noch: Dank der ständig fließenden Energieströme verbinden sich Elementarteilchen zu Atomen, Atome zu Molekülen, Moleküle zu physischen Körpern ...

Abstoßende Kräfte entstehen auch durch Energieströme, die sich auf das Elementarteilchen zubewegen. Diese Strömungen bilden einen Bereich der Verdichtung der Stoffenergie direkt hinter dem sich kontinuierlich bewegenden Elementarteilchen. Jeder Aerohydrodynamik-Spezialist wird diese Situation bestätigen.

Bewegte Energieströme biegen sich um diese Verdichtungen der Stoffenergie. Befinden sich in diesen Strömungen noch andere Elementarteilchen, Atome, dann umrunden diese natürlich auch den Bereich der Energieverdichtung hinter unserem Elementarteilchen. Dieser gesamte Vorgang wird als abstoßende Kraft eines Elementarteilchens interpretiert.

Ein Elementarteilchen bewegt sich ständig im Raum des Universums und nimmt dabei ständig die Substanz „Energie“ auf. Durch diese Absorption entstehen im Raum Energieflüsse, die auf das Elementarteilchen gerichtet sind. Diese Ströme bilden die Anziehungskräfte: von Atomen, Molekülen und physischen Körpern. Einschließlich Kraft Erdanziehungskraft.

Anziehungskraft- Es gibt die Wirkung von Energieflüssen, die auf ein Elementarteilchen gerichtet sind und dieses „mitschleppen“. Dank an, Materieteilchen, die in diesen Strömen gefangen sind.

Schwerkraftfeld physischer Körper - Es gibt Energieströme, die von diesem physischen Körper erzeugt und auf ihn gerichtet sind und aus der kontinuierlichen Energieaufnahme durch diesen physischen Körper resultieren.

Absolut alle physischen Körper bestehen aus Elementarteilchen und bewegen sich kontinuierlich im Raum des Universums. Das bedeutet, dass sie kontinuierlich Energie aus dem Weltraum absorbieren. Das heißt, sie erzeugen kontinuierliche Energieströme im Raum, zu sich selbst hin.

Diese Energieflüsse erzeugen die Anziehungskraft, die allgemein als physische Körper bezeichnet wird. Von hier aus ist das klar Absolut alle physischen Körper im Universum haben ein Gravitationsfeld.

Das Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde – nach unserer Definition – Es kommt zu einer Veränderung seines Gravitationsfeldes. Und es repräsentiert die Polarisation der Gravitationsenergieflüsse. Das Magnetfeld – als eigenständiges Phänomen des Universums – existiert nicht.

Etwas detaillierter:

Die Erde ist wie physischer Körper– ein großer physischer Körper – erzeugt kontinuierliche Energieflüsse aus dem Weltraum zu sich selbst. Diese Strömungen sind das Gravitationsfeld der Erde.

Im Idealfall fallen diese Stoffströme „Energie“ vertikal gleichmäßig über die gesamte Erdoberfläche.

Aber alles ändert sich mit der Entstehung der Rotation der Erde um ihre Achse und ihrer Neigung Erdachse zur Flachheit seiner Umlaufbahn. Hier entstehen die entsprechenden Prozesse: Zentrifugal- und Zentripetalkräfte, Vorwärtsbewegung im Raum, Befolgen der „Bohrschrauber-Regel“.

Dadurch kommt es zu einer Umverteilung der zur Erde gerichteten Energieströme. Das heißt, die Kräfte der Anziehungskraft der Erde.

• Zentrifugalkräfte führen dazu, dass die Gravitationsenergieflüsse an den Polen stärker sind als am Äquator. Dadurch entsteht an den Polen eine größere Anziehungskraft als am Äquator.
• Nach der Gimlet-Regel beträgt die Anziehungskraft der Schwerkraft am magnetischen Südpol schwächere Stärke Gravitationsanziehung am magnetischen Nordpol.

Als Ergebnis erhalten wir einen „Dipol“ – ein polarisiertes Magnetfeld.

Nun zu den Hauptgeheimnissen des Magnetfelds:

1. Warum stimmen magnetische Pole nicht mit geografischen überein?
2. Warum „driften“ die Magnetpole ständig?

Die Erde ist eine strukturelle Einheit der Galaxie – sie Bestandteil. In der Galaxie – als Gesamtobjekt – gibt es kontinuierliche, gerichtete Energieflüsse. Für die Erde dominieren zwei Richtungen:

1. Ströme „in der Stirn“ der Galaxie. Die Galaxie bewegt sich im Raum des Universums vorwärts. Die Bewegungsrichtung stimmt mit der Rotationsachse der Galaxie überein. Erinnern wir uns daran, dass freie Energie den gesamten Raum des Universums ausfüllt. Wir erhalten die erste dominante Richtung der Energieflüsse in der Galaxie: entgegen der Bewegungsrichtung der Galaxie(wie Gegenwind bei hoher Geschwindigkeit). Erstens kommen die Energieflüsse für jeden Stern und Planeten in der Galaxie von außen, aus der entgegengesetzten Richtung zur Bewegung der Galaxie.
2. Die Erde dreht sich um die Sonne. Die Sonne dreht sich um die Achse der Galaxie. Nach den Gesetzen schrittweise - Rotationsbewegung, die Ebene der Erdumlaufbahn steht senkrecht zur Achse Vorwärtsbewegung Galaxien. Einfach ausgedrückt: Die Umlaufebene der Erde bewegt sich um die Rotationsachse der Galaxie. Somit ist die zweite dominante Richtung des Energieflusses in der Galaxie für die Erde: zur Erde hin, in der Ebene der Spirale der Galaxie.

Wir bekommen so etwas:

schematische Darstellung der Galaxie, der Erde, der Erdumlaufbahn

und dominant X Energieflüsse in der Galaxie

In der Abbildung sehen wir die Flachheit der Galaxie, die Bewegungsrichtung der Galaxie. Wir sehen die Hauptenergieflüsse der Galaxie – entgegen der Richtung ihrer Vorwärtsbewegung. Wir sehen die Erde und die Ebene ihrer Umlaufbahn. Wir sehen die Richtung entgegenkommender Strömungen freie Energie für die Erde, in ihrer Bewegung in der galaktischen Ebene.

Ändern wir die Perspektive ein wenig:

schematische Darstellung der Erde, der Erdumlaufbahn in der Galaxie

und die Richtung des Energieflusses zur Erde innerhalb der Galaxie

Durch die Kombination dieser beiden Hauptenergieflüsse der Erde entstehen sie allgemeine Richtung, der der Erde in ihrer kontinuierlichen Bewegung in den Weiten des Universums begegnet. Hier zeigt der dickste Pfeil diese allgemeine Richtung des Energieflusses.

Am Ende erhalten wir dieses Bild:

schematische Darstellung der Erde und der Energieflüsse zu ihr in der Galaxie

Hier wird die Erde gezeigt, ihre Rotationsachse und die Ströme freier Energie, die der Erde bei ihrer kontinuierlichen Bewegung in den Weiten des Universums begegnen.

Wie wir sehen, stimmt die Richtung dieser Energieflüsse weder mit der Rotationsachse der Erde noch mit der Äquatorebene überein. Doch genau diese Energieströme nimmt die Erde auf und erzeugt so das Schwerefeld der Erde.

Als Ergebnis erhalten wir eine Modifikation des Gravitationsfeldes, das in der Wissenschaft üblicherweise als „Erdmagnetfeld“ bezeichnet wird.

Diese Richtung der Gegenströme freier Energie hat mehrere Konsequenzen:

1. Die magnetischen Pole der Erde können in keiner Weise mit den geografischen Polen zusammenfallen.
2. Betrachtet man die kontinuierliche Bewegung der Erde um die Sonne und die kontinuierliche Bewegung Sonnensystem In der Galaxie gibt es ständig „driftende“ Magnetpole.

Die krampfartige und unvorhersehbare „Drift“ der Magnetpole ist auf eine kontinuierliche Änderung des Verhältnisses der beiden Hauptenergieflüsse der Erde zurückzuführen. Das ist etwas, das jenseits unseres Wissens über das Universum liegt.

Wie wäre es mit Schutzfunktion Magnetfeld? Denn genau das bewahrt uns laut Wissenschaft vor den zerstörerischen Auswirkungen der Sonnenstrahlung.

Alles ist sehr einfach: Die Erdatmosphäre schützt die Erde vor schädlicher Sonnenstrahlung..

Somit ist die Erdatmosphäre der Beschützer unseres Planeten vor schädlicher Sonnenstrahlung. Das „Magnetfeld“ der Erde hat damit absolut nichts zu tun.

„Das Erdmagnetfeld schützt uns davor kosmische Strahlung und geladene Sonnenwindteilchen, die die Erde bombardieren. Ohne ein Magnetfeld hätte unser Planet eine völlig andere Atmosphäre und möglicherweise gäbe es kein Leben darauf.

Erforschung des magnetischen Schildes der Erde - Die Hauptaufgabe die Swarm-Satellitenkonstellation der Europäischen Weltraumorganisation, die im November 2013 in die Umlaufbahn gebracht wurde. Die Swarm-Mission soll hochpräzise Karten langfristiger Veränderungen im Erdmagnetfeld erstellen. Anhand solcher Karten kann man neue Erkenntnisse gewinnen natürliche Prozesse, kommt im Ozean, in der Ionosphäre, in der Magnetosphäre und tief im Inneren des Planeten vor – im Kern, Mantel, in der Kruste.

Im Juni 2014 fand in Kopenhagen eine Sonderkonferenz statt, bei der die Teilnehmer des Swarm-Projekts über Daten aus sechs Monaten diskutierten. Die Beobachtungen geben Anlass zur Sorge: Das Erdmagnetfeld wird schwächer und verändert seine Konfiguration .

Die Schwarmkonstellation besteht aus drei identischen Satelliten, die sich in einer niedrigen Umlaufbahn durch die Polarregionen der Erde bewegen. Solche Umlaufbahnparameter werden durch die Konfiguration des Erdmagnetfelds bestimmt, das dem Feld eines äquivalenten magnetischen Dipols nahe kommt. Zwei Satelliten fliegen in einer Höhe von 450 km parallel zueinander in einer Entfernung von etwa 100 km. Der dritte befindet sich in einer Höhe von 530 km und seine Umlaufbahn liegt in einer anderen Azimutebene. Wenn sich Satelliten im Orbit bewegen, verschiebt sich jeder nachfolgende Orbit leicht in der Länge, was es ermöglicht, nach und nach den gesamten Globus mit Orbits zu bedecken und ein globales Bild der Verteilung des Magnetfeldvektors zu erhalten. Jedes Swarm-Gerät ist mit hochempfindlichen Magnetometern zur Messung der Stärke, Richtung und Variationen des Magnetfelds, einem Beschleunigungsmesser zur Bestimmung der Heterogenität der Bewegungsgeschwindigkeit des Mediums, einem elektrostatischen Analysator und Instrumenten zur präzisen Orientierung im Raum ausgestattet.

Schwarmkonstellation von Satelliten im Orbit . Zwei Raumschiffe fliegen parallel zueinander und das dritte befindet sich in einer anderen Azimutebene. Diese Konfiguration ermöglicht es, magnetische Signale aus verschiedenen Quellen – aus den inneren und äußeren Schichten der Erdkruste, dem Erdkern, aus Meeresströmungen und Störungen – mit hoher Genauigkeit zu erfassen und zu messenMagnetosphäre und Ionosphäre im Zusammenhang mit Sonnenaktivität

(Äquivalenter magnetischer Dipol - ein virtueller Permanentmagnet, dessen Feld der beste Weg entspricht dem beobachteten großräumigen Magnetfeld der Erde. Die Achse des äquivalenten Dipols entspricht der geomagnetischen Achse.

Azimutale Ebene - eine Schnittebene, die durch einen der Meridiane und beide Pole der Erde verläuft.

Orthogonale Komponenten des Erdmagnetfeldvektors - drei Komponenten der Vektorzerlegung, die nach Norden, Osten und vertikal zur Erdoberfläche gerichtet sind.

Swarm ist das vierte Weltraum-Erdmagnetfeld-Forschungsprojekt. Erste magnetische Messungen aus dem Weltraum wurden 1980 vom amerikanischen Satelliten Magsat produziert, der nur neun Monate lang in Betrieb war. Dann gab es eine ziemlich lange Zeit, in der sich kein einziger spezialisierter geomagnetischer Satellit im Orbit befand. Erst 1999 wurde der Satellit Oersted und ein Jahr später der Satellit CHAMP gestartet. Beide Missionen waren äußerst erfolgreich. Ihre ursprünglich berechnete Lebensdauer wurde um ein Vielfaches überschritten – sie arbeiteten mehr als zehn Jahre und gaben extrem nach große Menge Information. Jetzt durch einzelnes Leerzeichen ersetztDie Schwarmgruppe kam zu den Geräten.

Was ist los?

Zu Beginn der Konferenz in Kopenhagen hatten die Satelliten mehr als zweitausend Umdrehungen um die Erde gemacht, und die Umlaufbahnen, die sich allmählich in der Länge änderten, deckten nach und nach alle Längssektoren ab. Die ersten Messungen von Swarm zeigen, dass es über einen Zeitraum von etwa 15 Jahren zu erheblichen Veränderungen im Erdmagnetfeld gekommen ist. Die Stärke des Erdmagnetfeldes nimmt ab, und zwar ungleichmäßig. Im Durchschnitt ging sie um 1,5 % zurück, in einigen Regionen, etwa im Südatlantik, sogar um 10 %. Vielerorts nahm die Feldstärke entgegen dem allgemeinen Trend leicht zu.

Satellitendaten über die allmähliche Abschwächung des Magnetfelds des Erddipols werden durch Messungen bodengestützter geomagnetischer Observatorien bestätigt, die über weitaus mehr verfügen lange Reihen Beobachtungen. Einzelne Observatorien messen seit mehr als hundert Jahren das Erdmagnetfeld an ihren Standorten. Eine weitere Informationsquelle überDie Entwicklung des Erdmagnetfelds – paläomagnetische Studien auf der Grundlage von Änderungen der Gesteinsmagnetisierung in Kernen – ermöglicht es uns, Schätzungen der Feldstärke in der fernen Vergangenheit vorzunehmen.

Im Allgemeinen wird das Erdmagnetfeld erwartungsgemäß von der Dipolkomponente dominiert, die vom Feld großräumiger und lokaler magnetischer Anomalien überlagert wird. Kleinere Variationen des Magnetfelds werden beobachtet, wenn sich Regionen in hohen Breitengraden der nördlichen und südlichen Hemisphäre überschneiden. Die Amplitude dieser Schwankungen ist jetzt relativ klein, was auf eine schwache Intensität hinweist geomagnetische Stürme. Dies ist durchaus zu erwarten, da wir uns jetzt am Ende des 11-Jahres-Zyklus der Sonnenaktivität befinden und die Sonne sehr ruhig war.

Die gewonnenen Daten werden in die meisten einbezogen letzte Version ein großräumiges Modell des Erdmagnetfeldes, mit dem sich die Feldstärke an jedem geografischen Punkt bestimmen lässt.

Sonnenwind und Das Magnetfeld der Erde . Unter dem Einfluss ständig von der Sonne ausströmender Plasmaströme (dem sogenannten Sonnenwind) werden die Feldlinien des Erddipols auf der der Sonne zugewandten Seite komprimiert und auf der gegenüberliegenden Nachtseite auf Hunderte von Erdradien ausgedehnt. Bildung der Magnetosphäre der Erde. Sonnenwindplasma umströmt die Magnetosphäre und dringt teilweise in diese ein

Schwarmsatelliten bestätigten frühere DatenDie magnetischen Pole der Erde verschieben sich merklich . Der magnetische Nordpol driftet vom kanadischen Teil der Arktis in Richtung der ostsibirischen Küste. Der Südpol hat sich von der kontinentalen Antarktis nach verschoben Südlicher Ozean, Richtung Neuseeland.

Bodengestützte und dann Satellitenmessungen zeigen, dass die Driftgeschwindigkeit des magnetischen Nordpols in Richtung des geografischen Pols in den 1990er Jahren stark anstieg und 50 km/Jahr erreichte, während sie zu Beginn des 20. Jahrhunderts nur noch 10 km/Jahr betrug. Wenn der Pol die Geschwindigkeit und Richtung der Verschiebung beibehält, wird er in etwa 50 Jahren die nördlichen sibirischen Inseln erreichen. Nach Angaben des Vorgänger-Swarm-Satelliten CHAMP begann sich die Bewegungsgeschwindigkeit des magnetischen Nordpols zu verlangsamen, nachdem sie im Jahr 2003 einen Wert von etwa 60 km/Jahr erreicht hatte, und sank im Jahr 2009 auf einen Wert von etwa 45 km/Jahr. Jahr. Gleichzeitig begann sich der Pol leicht in Richtung Kanada zu drehen,bewegt sich immer noch in nordwestlicher Richtung.

Was passiert mit den Magnetpolen und dem Magnetfeld im Bereich der brasilianischen Anomalie? momentan, werden Schwarmbeobachtungen zeigen.

Pole im Rückwärtsgang

Beobachtungen der säkularen Variation des Erdmagnetfelds durch bodengestützte Magnetobservatorien zeigen, dass sich die Größe aller drei orthogonalen Komponenten des Erdmagnetfeldvektors von Jahr zu Jahr langsam ändert. Die säkulare Variation für jede Komponente kann vorhanden sein andere Form und erreichen mehrere Prozent des Gesamtmesswertes. Säkulare Variationen sind sowohl für die Dipol- als auch für die Nicht-Dipol-Komponenten des Erdmagnetfelds charakteristisch. Hinter letztes Jahrhundert das Dipolfeld nahm um etwa 0,05 % pro Jahr ab . Das relative Ausmaß der jährlichen Änderung im Nicht-Dipolfeld ist im Durchschnitt größer, variiert jedoch von Region zu Region, wobei die Feldstärke entweder abnehmen oder zunehmen kann. Sehr oft, manchmal alle paar Jahre, kommt es zu Ereignissen, die den säkularen Verlauf beschleunigen – die sogenannten geomagnetischen Stöße.

Das gesamte magnetische Moment des Erddipols nimmt im Laufe eines Jahres um etwa ein Tausendstel seines Wertes ab. Folglich reicht eine (geologisch gesehen) kurze Zeitspanne aus, um das gesamte Bild des Erdmagnetfeldes einschließlich seines Nulldurchgangs und eines Polaritätswechsels vollständig zu verändern. Schätzungen aus paläomagnetischen Daten zeigen, dass Polaritätsumkehrungen tatsächlich in der fernen Vergangenheit stattgefunden haben, oderInversion, Erdmagnetfeld. Der Nord- und der Südpol tauschten die Plätze .

Modernes Magnetfeld der Erde , das im Allgemeinen eine Dipolkonfiguration aufweist, weist auch ausgeprägte großräumige Anomalien auf. Auf dem Bild Bereiche mit höherer Magnetfeldstärke werden in Rot angezeigt, Bereiche mit geringerer Magnetfeldstärke in Blau.

Bei den allmählichen Polarumkehrungen verlor das Erdmagnetfeld seine Dipolstruktur. Vor der Umkehr schwächte sich das Feld ab und danaches stieg allmählich auf seine vorherigen Werte an. In der Vergangenheit kam es durchschnittlich etwa alle 250.000 Jahre zu Umkehrungen. Aber seit dem letzten sind 780.000 Jahre vergangen. Für eine so lange Stabilitätsperiode gibt es noch keine Erklärung, und die Richtigkeit der Interpretation paläomagnetischer Daten wird regelmäßig kritisiert. JedochDie Tatsache, dass das Hauptmagnetfeld der Erde derzeit recht stark abnimmt, ist eine unbestreitbare Tatsache . Das könnte ein Zeichen seinder Beginn globaler Prozesse im Inneren der Erde.

Der Mechanismus der Änderung magnetischer Pole und die eigentliche Natur des Erdmagnetfelds gemäßBis heute sind die genauen Einzelheiten unbekannt und es gibt mehrere Theorien, die seinen Ursprung erklären. Es gibt nicht genügend Wissen dazu genaue Vorhersage Entwicklung des Erdmagnetfeldes.

Verschwinden des magnetischen Schildes und des Ozonlochs

Die aktuelle Stärke des Erdmagnetfeldes beträgt etwa 30.000 nTam Äquator (wo der Feldvektor horizontal gerichtet ist) und 60.000 nT an den Polen (wo der Feldvektor vertikal gerichtet ist). Dieser Wert liegt um mehrere Größenordnungen unter dem Wert des Magnetfelds, das von medizinischen Geräten für magnetische Zwecke erzeugt wirdTomographie. Lebewesen sind also durchaus an Veränderungen in der Stärke des Erdmagnetfelds angepasst. Wir verspüren auch keine Beschwerden, wenn wir von der Nordhalbkugel auf die Südhalbkugel wechseln, wo das Magnetfeld des Erddipols in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. Allerdings ist der Rückgang Dipolmoment, was wir jetzt definitiv sehen, ist besorgniserregend. Es deutet auf einen Anstieg der Wahrscheinlichkeit einer Polaritätsumkehr hin – und zwar am dramatischsten globale Veränderung Das Magnetfeld der Erde. Wenn die Abnahme der Dipolkomponente des Feldes mit einer Rate von 0,5 % pro Jahr anhält, wird diese Hauptkomponente des Feldes bereits im vierten Jahrtausend verschwinden. Dabei werden die Quadrupol- und Tetrapolkomponenten eine immer größere Rolle spielen, was zu einer komplexen, multipolaren Feldtopologie führen wird. Darauf deuten paläomagnetische Studien hinEiner solchen Konfiguration ging immer eine Polaritätsumkehr voraus. Eigentlich Während dieser Zeit verliert die Erde ihren starken magnetischen Schutzschild .

Die Abschwächung des Erdmagnetfeldes wird sich definitiv auf die Erdatmosphäre auswirken. Das Magnetfeld schirmt die Erde vor energiereichen geladenen Teilchen ab, die aus dem Weltraum und von der Sonne kommen. Eine Zunahme der Partikelflüsse führt zu einem Anstieg der Stickoxide in der mittleren Atmosphäre. Diese Partikel, die sich allmählich absetzen, zerstören aktiv das stratosphärische Ozon. Wenn die Ozonkonzentration abnimmt, nimmt die schädliche UV-Strahlung (ultraviolette Strahlung) zu.

Heutzutage ist in allen Breitengraden ein Rückgang des Ozongehalts zu verzeichnen, und macht sich trotz der aktiven Maßnahmen im Rahmen des Montrealer Protokolls zum Schutz der Ozonschicht der Erde besonders bei hohen Werten bemerkbar. Die dramatischsten Ozonverluste ereignen sich auf der Südhalbkugel über der Antarktis. Im Frühjahr entsteht hier das größte Ozonloch. Allerdings wurde im Jahr 2012 in der Arktis eine rekordverdächtige Ozonkonzentration gemessen, obwohl die atmosphärische Zirkulation so erheblich ist Ozonlöcher sollte sich dort nicht bilden.

Das zeigt die Simulation Bei einem Erdmagnetfeld von Null sinkt die Ozonkonzentration in der Atmosphäre um 50 % . Eine solche Verringerung des Ozongehalts und das Auftreten zahlreicher Ozonlöcher werden katastrophale Folgen für die Biosphäre haben. Veränderung des Spektrums der hindurchtretenden Sonnenstrahlung Erdatmosphäre an die Erdoberfläche gelangt, wird die gesamte biologische Kette stören. Dies betrifft vor allem Mikroorganismen, die im Ozean leben und die Hauptbiomasse auf der Erde bilden. Der Grad ihrer Anpassungsfähigkeit an Veränderungen im Spektrum der Sonnenstrahlung wird die weiteren biologischen und klimatischen Folgen der Schwächung des magnetischen Schildes der Erde bestimmen.

Beachten Sie das beim Umpolen wird kommen schwierige Zeiten Und Für hochorganisierte Organismen, die beispielsweise in der Lage sind, sich durch Magnetfelder zu navigieren Zugvögel und Meerestiere.

Veränderungen im Magnetfeld werden auch Auswirkungen auf die Technik haben. Wenn das Hauptmagnetfeld der Erde schwächer wird und aufhört, ein Dipol zu sein, werden die traditionellen technischen Orientierungsmittel, die der Mensch seit Jahrtausenden nutzt, nicht mehr funktionieren. Die Kompassnadel findet weder Norden noch Süden.

Wenn das Erdmagnetfeld schwächer wird, sind Raumfahrzeuge in niedriger Umlaufbahn diesem ausgesetzt erhöht Strahlungsbelastung und Teilchenbeschuss hohe Energien . Bei Sonneneruptionen fallen Geräte aus. Astronauten sowie Passagiere und Besatzungen transkontinentaler Flüge können einer gefährlichen Strahlungsdosis ausgesetzt sein. So kommt es beim Überfliegen der brasilianischen Magnetanomalie, die sich bis zu Höhen von 600 km bemerkbar macht, zu einem bewohnten Raumstation besondere Schutzmaßnahmen getroffen werden. Die Flussdichte geladener Teilchen im Bereich der Anomalie übersteigt den in abgelegenen Gebieten gemessenen ähnlichen Wert um mehrere Größenordnungen.

Von Kanada bis Russland

Wenn sich der Pol weiterhin in die gleiche Richtung wie jetzt bewegt, wird die Zone maximaler geomagnetischer Schwankungen, die für technologische Systeme gefährlich ist, nach und nach die nördlichen Gebiete Russlands bedecken. Genau in diesen Gebieten ist die Entwicklung neuer Energieprojekte geplant.

Wie kann Swarm helfen?

Die Weltraummission Swarm ist auf eine Dauer von vier bis fünf Jahren ausgelegt. Die von europäischen Satelliten gewonnenen Daten können nicht nur von direkten Projektteilnehmern genutzt werden, sondern auch von wissenschaftlichen Organisationen auf der ganzen Welt, die einen entsprechenden Antrag bei der ESA eingereicht haben. Aus Russland gingen sechs Bewerbungen ein. An der Analyse der Schwarmbeobachtungsergebnisse beteiligt sich auch das Geophysikalische Zentrum der Russischen Akademie der Wissenschaften. Satellitendaten werden auch jenen Forschern zugänglich sein, die dem Programm in Zukunft beitreten.

Das größte Interesse erregen Daten über das Verhalten des Erdmagnetfeldes. Basierend auf Schwarmmessungen wird ein neues Modell des Hauptfeldes erstellt, das dessen aktuellen Zustand widerspiegeln soll. Dieses Modell wird in den nächsten fünf Jahren für die Bestimmung des Erdmagnetfeldvektors überall auf der Welt relevant bleiben. Ein Vergleich der aktuell vom Satelliten gemessenen Feldstärke mit der Intensität vergangener Jahrzehnte wird zeigen, wie stark sich die Struktur des Erdmagnetfeldes in verschiedenen Regionen der Erde und auf dem Planeten insgesamt verändert hat. Diese Veränderungen spiegeln die Entwicklung der Tiefe wider Erdschichten: flüssiger Kern, Kruste und Mantel, und ihre Untersuchung wird Fortschritte beim Aufbau einer konsistenten Struktur ermöglichenphysikalische Theorie der Magnetfelderzeugung im Erdinneren – die Theorie des Geodynamos.

Basierend auf den Messwerten des Satellitenmagnetometers können Magnetfeldschwankungen berechnet werden lithosphärischen Ursprungs. Die Erstellung detaillierter Karten des lithosphärischen Feldes ist für das Studium der Geologie und Tektonik von großer praktischer Bedeutung, da dieser Teil des Erdmagnetfeldes mit geologischen Strukturen verbunden ist.

Modelldarstellung des Hauptmagnetfeldes der Erde in seinem aktuellen Zustand(links) Und im Prozess der Polaritätsumkehr (rechts) . Im Laufe der Zeit kann sich das Erdmagnetfeld vom Dipol zum Multipol verändern, und dann bildet sich wieder eine stabile Dipolstruktur. Die Richtung des Feldes ändert sich jedoch in die entgegengesetzte Richtung: Der geomagnetische Nordpol wird an die Stelle des Südens treten und der Süden wird sich dorthin verschieben Nordhalbkugel. Solche Polaritätsumkehrereignisse sind in der geologischen Vergangenheit unseres Planeten bereits mehrfach vorgekommen.

Im Gegensatz zu früheren Single-Hardware-Missionen ermöglicht Swarm die Auswahl von Strukturen verschiedene Maßstäbe und räumliche Gradienten des Magnetfelds abzuschätzen. Neue Karten der Erdmagnetfeldverteilung werden eine räumlich-zeitliche Auflösung haben, die bisher unerreichbar war. Wenn während des Betriebs der Satellitenkonstellation im Orbit Bodenobservatorien wird Ereignisse globaler oder lokaler Beschleunigung säkularer Variationen des Erdmagnetfeldes (ruckartig) aufzeichnen; Satellitenbeobachtungen werden dabei helfen, ihre Natur zu verstehen, die noch nicht vollständig verstanden ist.

Besonderes Augenmerk wird voraussichtlich auf die Untersuchung der brasilianischen magnetischen Anomalie gelegt, wo Größter Rückgang magnetische Feldstärke.

Zu den Aufgaben von Swarm gehört auch die Positionsklärung und die Überwachung der Drift des Nord- und Südmagnetpols. Dies ist umso wichtiger, da sich beide Pole derzeit im Ozean befinden und ihre genaue Position durch bodengestützte Expeditionsforschung nur schwer zu bestimmen ist.

Da ist noch einer interessantes Problem, zu dessen Lösung Schwarmbeobachtungen herangezogen werden. Vorläufige Untersuchungen deuten darauf hin, dass die hochempfindlichen Magnetometer an Bord von Swarm das durch Meeresströmungen induzierte Magnetfeld erfassen können. Die Untersuchung des magnetischen Signals der Ozeane aus dem Weltraum und die Analyse von Satellitendaten während Schwarmflügen über die Ozeane werden es ermöglichen, nicht nur die Parameter der Strömungen selbst abzuschätzen, sondern auch die elektrische Leitfähigkeit des oberen Erdmantels zu berechnen.

Die oben aufgeführten Aufgaben beziehen sich auf das Studium interner QuellenDas Magnetfeld der Erde. Schwarmbeobachtungsdaten werden jedoch auch bei der Untersuchung der elektrodynamischen Wechselwirkung im System Sonnenwind, Magnetosphäre und Ionosphäre hilfreich sein. Zu den Problemen der solar-terrestrischen Physik, die gelöst werden sollen, gehören die Bestimmung der Struktur elektrischer Ströme, die zwischen der Magnetosphäre und der Ionosphäre entlang der geomagnetischen Feldlinien fließen, die Verbindung dieser Ströme mit Polarlichtern, ionosphärischen elektrischen Feldern und Strömen während Windstille und geomagnetische Stürme, Wellenbewegungen und Energieübertragung Obere Atmosphäre Erde, Variationen in der atmosphärischen Dichte.http://www.nkj.ru/archive/articles/24756/

Der Inhalt des Artikels

GEOMAGNETISMUS, Erdmagnetismus, Magnetfeld der Erde und der erdnahen Erde Weltraum. Die Erde verfügt über ein dipolartiges Magnetfeld, als ob sich in ihrem Zentrum ein riesiger Streifenmagnet befände. Die Konfiguration dieses Feldes verändert sich langsam, wahrscheinlich als Folge der Bewegung geschmolzenen Materials im äußeren Erdkern in Tiefen von mehr als 2900 km. Das Hauptmagnetfeld wird von Quellen verursacht, die sich in den Tiefen der Erde befinden. Den langsamen Schwankungen des Hauptmagnetfeldes werden schnelle, aber schwache Veränderungen überlagert, die durch elektrische Ströme in der Ionosphäre verursacht werden. Die elektrischen Eigenschaften der Ionosphäre hängen mit der Anwesenheit geladener Teilchen darin zusammen, die bei der Ionisierung der Atmosphäre entstehen Sonnenstrahlung. Winde, die in der Ionosphäre in Gegenwart des konstanten Magnetfelds der Erde wehen, erzeugen elektrische Ströme, die wiederum ein zusätzliches sich änderndes Magnetfeld erzeugen.

Zusätzlich zu diesen regelmäßigen magnetischen Schwankungen gibt es auch Störungen, die durch von Zeit zu Zeit auftretende Sonneneruptionen verursacht werden – Quellen ultravioletter Strahlung und Röntgenstrahlen und der gestörte Fluss geladener Teilchen des Sonnenwinds. Diese Strahlung erhöht die Ionisierung und verursacht zusätzliche elektrische Ströme in der Ionosphäre. Manchmal interagiert der Sonnenwind so effektiv mit dem Erdmagnetfeld, dass er in einer Entfernung von mehreren Erdradien einen ringförmigen elektrischen Strom bildet; dies führt zu einer Abnahme des Hauptmagnetfeldes; Solche magnetischen Störungen sind auf der ganzen Welt zu spüren, am stärksten sind sie jedoch in den Polarregionen. In Zeiten starker magnetischer Störungen treten besonders intensive Polarlichter auf und die Funkkommunikation über große Entfernungen ist häufig gestört.

Zur Untersuchung werden Untersuchungen des Erdmagnetfeldes herangezogen körperliche Verfassung tiefer Untergrund und Prozesse, die in hohen Schichten der Atmosphäre ablaufen. Beobachtungen magnetischer Variationen werden auf der Erdoberfläche, in den Ozeanen sowie aus der Luft und aus dem Weltraum mithilfe von Flugzeugen und Satelliten durchgeführt. Auch in Gebieten, die Tausende oder mehr Kilometer von der Erdoberfläche entfernt liegen, spielt das Magnetfeld eine wichtige Rolle; Innerhalb ihrer Grenzen entsteht ein intensiver Fluss von Partikeln, die von einem Magnetfeld eingefangen werden ernsthafte Probleme für die Luft- und Raumfahrtforschung. Sonnen- und galaktische kosmische Strahlen werden trotz ihrer hohen Energie vom Erdmagnetfeld abgelenkt, bevor sie in die Atmosphäre gelangen.

Historische Referenz.

Wenn ein Streifenmagnet frei an einem in seiner Mitte befestigten Faden hängt, ist die Achse des Magneten in erster Näherung in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet. Es ist nicht genau bekannt, wann diese Eigenschaft eines Magneten erstmals entdeckt wurde. Den Chinesen war es zwar bereits im Jahr 1100 bekannt, seine praktische Anwendung begann jedoch erst 200 Jahre später. In Westeuropa magnetischer Kompass Wird seit 1187 in der Schifffahrt verwendet.

Die Grundlagen der Wissenschaft des Erdmagnetismus wurden zwischen dem 13. und 16. Jahrhundert gelegt. Bis zur Mitte des 15. Jahrhunderts. Es wurde bekannt, dass ein schwebender Magnet nicht immer genau nach Norden zeigt. Die ersten Informationen über die Neigung der Richtung des Erdmagnetfeldes relativ zur Horizontalebene erschienen Mitte des 16. Jahrhunderts. Im Jahr 1600 veröffentlichte W. Gilbert, Hofarzt von Elisabeth I., die berühmte Abhandlung Über den Magneten, magnetische Körper und den großen Magneten – die Erde. Neue Physiologie, bewiesen durch viele Argumente und Experimente (Der Magnet, der magnetische Körper und der große magnetische Körper. Physiologia nova; rus. Übersetzung 1956), in dem er die Eigenschaften eines Magneten und des Erdmagnetismus beschrieb. Er stellte fest, dass die Erde ein riesiger kugelförmiger Magnet zu sein scheint.

Veränderungen des Magnetfelds im Laufe der Zeit wurden 1635 von G. Gellibrandt, Professor für Astronomie am Gresham College (London), aufgezeichnet. Im Jahr 1701 veröffentlichte der Astronom E. Halley die erste Karte des Erdmagnetfeldes. Mitte des 18. Jahrhunderts. Es wurde ein Zusammenhang zwischen dem Polarlicht und magnetischen Variationen hergestellt. Im 19. Jahrhundert K. Gauss, der dazu beigetragen hat großer Beitrag Während er sein Wissen über den Geomagnetismus vertiefte, verbesserte er Instrumente zur Messung magnetischer Schwankungen und installierte sie im magnetischen Observatorium in Göttingen, das 1833 aus nichtmagnetischen Materialien erbaut wurde. Im Jahr 1834 nahmen Gauß und W. Weber an F. Humboldts Beobachtungsprogramm teil magnetische Phänomene, die gleichzeitig ca. durchgeführt wurde. 50 Sternwarten, die Teil der Göttinger Magnetischen Union waren. Gauß fasste magnetische Daten zusammen und bewies mathematisch Hilberts Hypothese, dass sich die Quelle des Hauptmagnetfelds im Inneren der Erde befindet.

Beschreibung des Erdmagnetfeldes.

An jedem Punkt der Erde wird das Magnetfeld umfassend durch seine Intensität und Richtung charakterisiert, deren Winkel mit ist horizontale Ebene sogenannte magnetische Neigung ( ICH). Wenn wir das Feld auf eine horizontale Ebene projizieren, ist die Richtung in erster Näherung von Norden nach Süden ausgerichtet, jedoch in Allgemeiner Fall wird einen bestimmten Winkel mit der wahren Richtung des geografischen Meridians bilden; Diese Abweichung wird magnetische Deklination genannt ( D). Die Amplitude oder Stärke des Magnetfelds wird als gesamte magnetische Intensität bezeichnet ( F). Das Magnetfeld kann durch zwei zueinander senkrechte Komponenten dargestellt werden: horizontal ( H) und vertikal ( Z). Wenn die Vektoren, die die Intensität und Richtung der horizontalen Komponente an verschiedenen Punkten der Erde zeigen, auf einer Karte aufgetragen werden, ist klar, dass sie von einem Punkt in der Nähe des Südpols divergieren und an einem Punkt in der Nähe des Nordpols zusammenlaufen. Diese Punkte werden als magnetische Süd- bzw. Nordpole bezeichnet. An den Polen ist das Magnetfeld vertikal gerichtet. Die Linie, auf der das Magnetfeld horizontal ausgerichtet ist, wird magnetischer Äquator genannt.

Magnetische Pole stimmen nicht mit geografischen überein und bewegen sich sehr schnell. Der magnetische Nordpol liegt in den nördlichen Gewässern Kanadas. Seine Koordinaten waren im Jahr 1900 69°N. und 97° W, 1950 – 72° N. und 96° W, 1980 – 75° N. und 100° W und 1985 – 77° N. und 102°W Der magnetische Südpol hatte 1985 die Koordinaten 65,5° S. und 139,5° E. Eine durch diese Magnetpole gezogene Gerade geht nicht durch den Mittelpunkt der Erde.

Messungen des Erdmagnetfeldes zeigen, dass es auf der gesamten Erdoberfläche als das Feld eines Streifenmagneten dargestellt werden kann, der im Zentrum des Planeten platziert ist. Es wird auch magnetisches Dipolfeld genannt; Außerhalb der Kugel hat es die gleiche Konfiguration, als ob die Kugel gleichmäßig magnetisiert wäre. Dieses Modell bietet die beste (aber bei weitem nicht perfekte) Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Feld. Die beiden Punkte, an denen die Dipolachse die Erdoberfläche schneidet, werden geomagnetische Pole genannt. Anfang der 1990er Jahre war der geomagnetische Äquator um 12° zum geografischen Äquator geneigt. Der geomagnetische Nordpol hatte die Koordinaten 79° N. und 70°W, und die Dipolachse lag 460 km vom Erdmittelpunkt in Richtung des Pazifischen Ozeans (18°N, 148°E). Die gesamte magnetische Intensität an den geomagnetischen Polen beträgt etwa 0,6 Gauss; am magnetischen Äquator ist die Intensität etwa halb so hoch.

Magnetkarten.

Die Verteilung des Erdmagnetfeldes in der Nähe der Erdoberfläche lässt sich in Form isomagnetischer Linien darstellen, d.h. Linien, entlang derer der Wert einer bestimmten Komponente konstant bleibt. Deklinationskarten werden Isogonkarten genannt (Abb. 1). Magnetkarten basieren auf zahlreichen magnetischen Untersuchungen, die an Land, auf See und aus der Luft durchgeführt werden. IN DEN USA Magnetkarten erstellt vom Küsten- und Geodätischen Dienst und der Militärhydrographischen Verwaltung.

Neben magnetischen Untersuchungen werden in allen Teilen der Welt an magnetischen Observatorien hochpräzise Beobachtungen des Erdmagnetfeldes durchgeführt. Magnetische Untersuchungen werden von Satelliten aus durchgeführt hohe Höhen, wo es keinen Einfluss regionaler magnetischer Anomalien gibt, etwa magnetisierter Körper in der Erdkruste, etwa Eisenerze.

Magnetische Messungen.

In magnetischen Observatorien werden in regelmäßigen Abständen die Absolutwerte magnetischer Elemente (und nicht deren Variationen) mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmt.

Magnetische Deklination D bestimmt durch Messung des Azimuts (horizontale Richtung) eines Zeigermagneten, der frei an einem unverdrillten Faden hängt, sodass der Magnet horizontal ist. Der Azimut wird aus der Richtung zum geografischen Norden gemessen, die anhand astronomischer oder geodätischer Beobachtungen ermittelt wird. Mit Standardinstrumenten wird die magnetische Deklination mit einer Genauigkeit von 0,1 Zoll bestimmt.

Ursprüngliche magnetische Neigung ICH bestimmt durch Messung der Neigung einer Magnetnadel, deren Mittelpunkt auf der horizontalen Achse fixiert ist; Diese Achse ist senkrecht zum magnetischen Meridian ausgerichtet, sodass sich der Pfeil in der Ebene des Meridians drehen kann. Da die Genauigkeit dieser Messungen jedoch gering war, begannen sie, einen Induktionsneigungsmesser zu verwenden, der aus einer runden Spule mit mehreren Windungen besteht, die sich mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse dreht, die entlang des Durchmessers der Spule verläuft. Die Achse ist am Rahmen befestigt, sodass ihre Ausrichtung gemessen werden kann. Diese Methode basiert auf dem Auftreten eines induzierten elektrischen Stroms in der Spule, wenn sich der durch sie fließende Strom ändert. magnetischer Fluss. Wenn die Richtung der Spulenachse nicht mit der Richtung des Magnetfelds übereinstimmt, dann a Wechselstrom. Die Richtung des Magnetfeldes wird in dem Moment bestimmt, in dem das Galvanometer keinen induzierten Strom in der rotierenden Spule anzeigt. Mit einem Induktionsneigungsmesser kann die magnetische Neigung mit einer Genauigkeit von 0,1 Zoll bestimmt werden.

Die Intensität der horizontalen Komponente wird mit einer von Gauss entwickelten Methode gemessen. Die Messungen werden in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst wird die Periode der Torsionsschwingungen eines in einer horizontalen Ebene frei rotierenden Magneten gemessen; Dieser Zeitraum hängt von der Stärke des Erdmagnetfelds ab H, sowie von magnetisches Moment M und das Trägheitsmoment des Magneten. Dann ein nichtmagnetischer Streifen mit berühmter Moment Trägheit, danach wird das Experiment wiederholt. Durch Hinzufügen eines Trägheitsmoments ändert sich die Schwingungsdauer, wodurch wir das Produkt berechnen können M.H.. Im zweiten Schritt wird die Abweichung der Magnetnadel unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes und unter dem Einfluss des Feldes des im ersten Experiment verwendeten Magneten gemessen und so das Verhältnis ermittelt M/H. Kombiniert man beide Größen, M.H. Und M/H, kann installiert werden H.

Die vertikale Komponente wird auf ähnliche Weise gemessen Z. Falls definiert H Und Z, magnetische Neigung kann aus der Beziehung tg ermittelt werden ICH = Z/H.

Protonenmagnetometer.

Seine Wirkung beruht auf der Kernpräzession (Änderung der Ausrichtung der Rotationsachse) um die Richtung des Magnetfelds. Im Wasser befindliche Wasserstoffkerne (Protonen) werden unter dem Einfluss eines künstlichen Magnetfeldes, das etwa im rechten Winkel zum Erdmagnetfeld ausgerichtet ist, polarisiert. Dann wird das polarisierende Magnetfeld plötzlich ausgeschaltet. Protonen beginnen, sich frei um die Richtung des Erdmagnetfeldes zu bewegen F bis die Kernspins einen neuen Gleichgewichtszustand erreichen. Die Präzession der Protonen induziert eine kleine elektromotorische Kraft in der Spule. Frequenz F Die Frequenz dieses Signals entspricht der Frequenz der Protonenpräzession und hängt mit der Stärke des Magnetfelds zusammen F Verhältnis 2 pf = gF, Wo G– gyromagnetisches Verhältnis des Protons, mit hoher Genauigkeit bekannt. Durch Messung der Frequenz des Signals in der Spule kann die gesamte magnetische Intensität bestimmt werden. Zur Messung wurden auch Protonenmagnetometer entwickelt H Und Z. Bei der Messung jeder dieser Komponenten wird ein Paar Helmholtz-Ringe (Spulen zur Erzeugung eines äußerst gleichmäßigen Magnetfelds) verwendet, um die jeweiligen Komponenten anzutreiben dieser Moment nicht messbar.

Weltliche magnetische Variationen.

Jahresdurchschnitte magnetischer Elemente, die an Observatorien gemessen werden, und magnetische Untersuchungen, die in Abständen von mehreren Jahren durchgeführt werden, zeigen, dass das Erdmagnetfeld säkularen (sich langsam ändernden) Schwankungen unterliegt. Diese Variationen werden auf Karten in Form von Linien gleicher Werte jährlicher Veränderungen (Isovariationskarten oder Isoporen) bestimmter Epochen dargestellt. Isoporen bilden Ovale um Bereiche herum, in denen schnelle jährliche Veränderungen auftreten. Im Laufe von ein oder zwei Jahrzehnten können sich Isoporen erheblich verändern. Ihre Zentren tendieren dazu, in westliche Richtung zu driften.

Es wird auch eine langsame Drehung der Feldrichtung um eine bestimmte feste Richtung beobachtet. Beobachtungen am Londoner Observatorium zeigen beispielsweise, dass das Magnetfeld in den letzten 400 Jahren fast eine dreiviertel Umdrehung vollzogen hat.

Paläomagnetismus.

Die Untersuchung des in Mineralien und Gesteinen „konservierten“ Magnetismus liefert Informationen über die Geschichte des Erdmagnetfeldes in der geologischen Vergangenheit. Wenn eine heiße Substanz in einem Magnetfeld von einer Temperatur über dem Curie-Punkt (der Temperatur, oberhalb derer eine magnetisierte Substanz ihre Magnetisierung verliert) auf niedrigere Temperaturen abgekühlt wird, behält ihre remanente Magnetisierung die Richtung des externen Magnetfelds bei, das während der Abkühlung herrschte. Daher „merken“ sich aus der Schmelze gebildete Mineralien die Richtung des Erdmagnetfeldes. Darüber hinaus werden bei der Sedimentation magnetisierte Partikel in Wasserbecken unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes ausgerichtet. Diese Phänomene liegen dem Paläomagnetismus zugrunde, ihre Interpretation ist jedoch äußerst schwierig, da der Magnetismus von Gesteinen nicht immer stabil ist.

Paläomagnetische Daten bildeten die Grundlage der Theorie der Kontinentalverschiebung. Als Ergebnis von Untersuchungen an Gesteinen unterschiedlichen Alters wurde festgestellt, dass deren Magnetisierung von der Richtung des modernen Magnetfelds abweicht. Es scheint also, dass sich die Magnetpole in der geologischen Vergangenheit relativ zur Erdoberfläche verschoben haben. Dies wird als Beweis dafür interpretiert, dass die relativen Positionen der Kontinente unterschiedlich sind geologische Epochen geändert.

Die Natur des Erdmagnetfeldes und seine säkularen Variationen.

Das Hauptdipolmagnetfeld der Erde könnte erklärt werden, wenn es gleichmäßig magnetisiert wäre. Dem widerspricht jedoch die Magnetisierung der Gesteine ​​in den Oberflächenschichten. Laborexperimente zeigen, dass der Curie-Punkt mit zunehmendem Druck abnimmt. Da Druck und Temperatur mit der Tiefe zunehmen, erscheint es höchst unwahrscheinlich, dass ferromagnetische Substanzen ihre Magnetisierung unterhalb einer bestimmten Tiefe beibehalten können. Obwohl Laborexperimente die Temperatur und den Druck in den tiefen Schichten der Erde nicht vollständig simulieren, wird allgemein angenommen, dass das Hauptmagnetfeld der Erde nicht auf die permanente Magnetisierung der Erdmaterie zurückzuführen sein kann.

Seismische und andere geophysikalische Daten deuten darauf hin, dass die Erde einen Kern hat (mit einer ähnlichen Dichte wie Eisen oder einer Eisen-Nickel-Legierung), der in einer Tiefe von ca. 2900 km und weist einige flüssige Eigenschaften auf. W. Elsasser, E. Bullard und andere Wissenschaftler vermuteten, dass im Kern konvektive Bewegungen auftreten. Die Bewegung einer leitfähigen Substanz in einem Magnetfeld induziert eine elektromotorische Kraft, die dazu führt, dass elektrische Ströme ein zusätzliches Magnetfeld erzeugen, ähnlich der Wirkung eines selbsterregenden Dynamos.

Das Magnetfeld in der Nähe der Zentren der säkularen Variation kann gut durch isolierte Dipole dargestellt werden, die sich nahe der Oberfläche des „flüssigen“ Erdkerns befinden. Die relativ kurze Zeit, in der säkulare Schwankungen auftreten, bestätigt, dass ihre Ursache mit Bewegungen im Kern zusammenhängt. Elektrische Ströme, die durch diese Bewegungen in der Nähe der Kernoberfläche induziert werden, führen wahrscheinlich zu säkularen Schwankungen.

Variometer.

Zusätzlich zu absolute Maße Erdmagnetfeld-Magnetobservatorien zeichnen kontinuierlich Komponenten auf H,D Und Z, da es zu regelmäßigen und unregelmäßigen Schwankungen des Magnetfeldes kommt. Die Amplitude dieser Schwankungen ist viel geringer als die Stärke des konstanten Magnetfelds. Instrumente zur Messung von Variationen werden Variometer genannt. Ihre Wirkung beruht darauf, dass Veränderungen in jedem Magnetelement eine entsprechende Auslenkung der Magnetnadel bewirken, an der ein Spiegel befestigt ist und auf die Licht einer kleinen Lampe gelenkt wird. Der reflektierte Strahl fällt auf die Oberfläche eines mit Fotopapier bedeckten Zylinders, der sich mitdreht konstante Geschwindigkeit um seine Achse. Bei Variometern, die gleichzeitig drei Feldkomponenten messen, werden drei Kurven gleichzeitig auf einem Magnetogramm aufgezeichnet (Abb. 2). Um Variationen verschiedener Amplituden und Frequenzen zu erfassen, werden verschiedene Arten von Variometern verwendet.

Quantenmagnetometer.

Zur Beobachtung schneller Schwankungen wurde ein Rubidiumdampfmagnetometer entwickelt. Dieses Gerät verwendet optisches Pumpen. Das Licht einer Rubidiumlampe durchläuft eine Kammer mit Rubidiumdampf und fällt auf eine Fotozelle, die die Intensität des Lichts aufzeichnet. Das Magnetometer ist so ausgerichtet, dass der Lichtstrahl nahezu parallel zum Magnetfeld verläuft. Wenn wir ein magnetisches Wechselfeld anlegen, das von einer Spule erzeugt wird und eine Frequenz hat, die einem der Zeeman-Übergänge in Rubidiumatomen entspricht, erhöht sich die Absorption aufgrund von Magnetresonanz. Die dem Zeeman-Übergang entsprechende Frequenz ist eine bekannte Funktion der magnetischen Feldstärke. Die Resonanzfrequenz wird durch die Frequenz des angelegten Magnetfeldes bestimmt, wodurch die Intensität des Magnetfeldes eingestellt werden kann.

Das Rubidium-Dampfmagnetometer eignet sich für genaue Messungen sich schnell ändernder Magnetfeldschwankungen, da es eine Empfindlichkeit in der Größenordnung von 0,02 Gamma (1 Gamma = 10 -5 Gauss = 10 -9 Tesla = 1 nT) erreichen kann. Zur Messung absoluter Intensitätswerte wird ein Protonenmagnetometer verwendet.

Magnetische Variationen von Sonne und Mond.

Entsprechend der Art der Aufzeichnung von Variationen im Magnetogramm werden „magnetisch ruhige“ und „magnetisch gestörte“ Tage unterschieden. Diese magnetischen Störungen sind in polaren Breiten viel häufiger und intensiver.

Auch bei ideal ruhigen Aufnahmebedingungen an einer Station wirken magnetische Elemente H,D Und Z sich im Laufe der Zeit systematisch verändern. Diese Schwankungen werden als solar-tägliche ruhige magnetische Schwankung bezeichnet und bezeichnet Quadrat; Hier S zeigt, dass die Variation von der Ortszeit des Observatoriums (d. h. von seinem Längengrad relativ zur Sonne) und dem Index abhängt Q bedeutet „ruhig“.

Nördlich und südlich des Äquators bis zu 30° Abweichung Quadrat horizontale Komponente H dementsprechend steigt (in nördlicher Richtung) tagsüber mit einem Maximum gegen Mittag und nimmt nachts (in südlicher Richtung) ab; Die Variationsphase kehrt sich nördlich oder südlich des Äquatorgürtels um. Auf der Nordhalbkugel Quadrat Deklination D hat morgens eine Richtung nach Osten und nachmittags eine Richtung nach Westen; Gleiches gilt für die vertikale Komponente Z, die gegen Nacht abnimmt. Diese Veränderungen D Und Zändern ihr Vorzeichen in die entgegengesetzte Richtung südlich des Äquators.

Wenn wir alle drei Elemente zusammen betrachten, Quadrat hat tagsüber eine viel größere Amplitude als nachts, was darauf hindeutet Quadrat entsteht durch elektrische Ströme, die in der Ionosphäre fließen. Elektrische Ströme sind für das Geschehen verantwortlich Quadrat werden mit geophysikalischen Raketen gemessen, die in Äquatornähe abgefeuert werden.

Über einen Monat oder ein Jahr gemittelte Amplitudenwerte QuadratÄnderung entsprechend Änderungen der Sonnenaktivität; Sie sind am größten, wenn es auf der Sonne die meisten Sonnenflecken gibt. Amplitude Quadrat und bis zu einem gewissen Grad ändert sich seine globale Verbreitung täglich; Allerdings scheinen diese Veränderungen nicht einfach der Sonnenaktivität zu folgen.

Es werden weitere regelmäßige Variationen überlagert Quadrat und je nach Mondzeit wechselnd. Diese Variationen, sogenannte „Mond-Tages-Variationen“ ( L) werden hauptsächlich durch regelmäßige halbtägige Änderungen des Magnetfelds dargestellt. Ihre Amplitude ist viel kleiner als die Amplitude Quadrat, zum Beispiel Variation Quadrat horizontale Komponente H schwankt innerhalb von 30 Gamma in niedrigen Breiten; Schwankungen L- nur ok. 3 Gamma. Variation L, im Gegensatz zu Quadrat wird fast nicht in Magnetogrammen ausgedrückt (mit Ausnahme des geomagnetischen Äquators, wo sein Wert ungewöhnlich groß ist). Es kann nur auf der Grundlage einer subtilen mathematischen Analyse identifiziert werden Quadrat und andere Variationen unterliegen der Mittelwertbildung. Obwohl L variiert je nach Mondzeit, hauptsächlich ändert es sich Tagesstunden wenn die elektrische Leitfähigkeit der Ionosphäre maximal ist. Daher die Variation L aufgrund von elektrischen Strömen, die durch Gezeitenbewegungen induziert werden unteren Schichten Ionosphäre.

Innerhalb eines schmalen Gürtels über dem magnetischen Äquator Quadrat nimmt in den Mittagsstunden deutlich zu. Dieser Effekt ist auf die Existenz eines „Elektrojets“ zurückzuführen – eines konzentrierten elektrischen Stroms, der in einem schmalen Gürtel in der Ionosphäre fließt. Mond-Tages-Variation L steigt schneller als Quadrat. Es wird angenommen, dass der von Westen nach Osten fließende äquatoriale Elektrojet durch eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit in Richtung quer zum Magnetfeld (das in dieser Region horizontal gerichtet ist) entsteht.

Magnetische Buchten.

In der Aufnahmeleitung werden häufig magnetische Schwankungen beobachtet H Auf dem Magnetogramm ähnelt sein Umriss einer von der Küste gebildeten Bucht. „Magnetische Buchten“ haben eine maximale Amplitude und werden am häufigsten in Polarlichtzonen (Zonen) beobachtet Polar Lichter) auf der Nachtseite der Erde, einer auf jeder Hemisphäre; Ihre Zentren sind von den geomagnetischen Polen um 23° getrennt. Eine typische magnetische Bucht weist auf einen intensiven, nach Westen gerichteten ionosphärischen Elektrojet hin, der in den frühen Morgenstunden (Ortszeit) durch die Polarlichtzone fließt, und auf einen schwächeren, nach Osten fließenden Elektrojet in den späten Abendstunden. Streuströme dieser Polarlicht-Elektrojets breiten sich über die gesamte Erde aus und erregen in niedrigen Breiten magnetische Buchten von viel geringerer Intensität.

Starke magnetische Störungen in Polarlichtzonen, sogenannte Polarstürme, stehen in engem Zusammenhang mit der Region der Polarlichter und anderen Polarstörungen.

Der Einfluss von Sonneneruptionen.

Als Ergebnis von Beobachtungen der Sonne wurden in der Nähe unerwartete Fackeln entdeckt Sonnenflecken. Gleichzeitig mit ihnen werden Störungen in den Magnetogrammen von Stationen aufgezeichnet, die sich auf der Tagesseite der Erde befinden. Im Erdmagnetfeld verursacht eine Sonneneruption einen plötzlichen Anstieg Quadrat Dauer 20–30 Minuten, daher wird die Wirkung einer Sonneneruption bezeichnet Quadrat, wo ist das Symbol A deutet auf eine Zunahme der Intensität hin.

Im Moment des Flares nimmt der Fluss harter Strahlung von der Sonne zu; Dies führt zu einer Erhöhung der Ionisierung, einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Ionosphäre und einer Erhöhung des elektrischen Stroms, wodurch Quadrat. Ein starker Anstieg der Ionisation in den unteren Regionen der Ionosphäre führt zu einer spürbaren Absorption von Radiowellen und zu Unterbrechungen der Funkkommunikation über große Entfernungen.

Magnetischer Sturm.

Besonders starke magnetische Störungen, die sich über den gesamten Globus ausbreiten, werden magnetische Stürme genannt. Einige magnetische Stürme beginnen plötzlich und fast gleichzeitig auf der gesamten Erde, während andere sich allmählich entwickeln. Ein Zeichen für einen plötzlich einsetzenden magnetischen Sturm ist plötzlicher Wechsel alle drei magnetischen Elemente im Magnetogramm. Horizontale Komponente H nimmt plötzlich an Intensität zu, manchmal geht ein kleiner negativer Impuls voraus. Beim plötzlichen Einsetzen eines Sturms ist die Variationsamplitude in Polarlichtzonen am größten und nimmt zum Äquator hin ab; Zunahme Quadrat Und L tagsüber innerhalb eines schmalen Gürtels am magnetischen Äquator beobachtet.

Nach dem plötzlichen Einsetzen eines Sturms wird die horizontale Komponentenaufzeichnungslinie angezeigt H Für mehrere Stunden liegt es normalerweise über dem Niveau, das dem Sturm vorausging. Diese Phase (positive Werte) wird als erste oder anfängliche Phase betrachtet. Werte H liegen in mittleren Breiten zwischen 10 und 20 Gammastrahlen. Im Anschluss an diese Phase kommt es zu einem deutlichen Abfall auf deutlich unter dem Normalwert liegende Werte. Ein Abfall der Amplitude um mehrere zehn Gammas während eines Sturms mittlerer Intensität entspricht seiner Hauptphase. Die maximale Abweichung wird nach 12 Stunden erreicht. Nach diesem deutlichen Rückgang erfolgt eine langsame Rückkehr zum Normalwert, die in der Regel mehrere Tage anhält. Diese Merkmale stellen die gemittelten Eigenschaften magnetischer Stürme in mittleren und niedrigen Breiten dar; Die Charakteristika einzelner Stürme können erheblich vom Durchschnitt abweichen. Große magnetische Stürme durchlaufen diese Phasen schneller als schwache.

Wenn man sich der Polarlichtzone nähert, werden Veränderungen im Magnetfeld, die mit einem magnetischen Sturm einhergehen, von magnetischen Buchten überlagert. Die Feldveränderungen sind hier deutlich unregelmäßiger und intensiver als in niedrigen Breiten; Schwankungen bei Stürmen können mehrere tausend Gammawerte erreichen. Innerhalb der Polkappen (zirkumpolare Regionen innerhalb der Polarlichtzone) ist der Grad der Störung etwas geringer als in der Polarlichtzone, aber viel stärker als in niedrigen Breiten.

Variationen in hohe Breiten deuten auf die Existenz intensiver und konzentrierter Polarlicht-Elektrojets hin, die normalerweise vor der „magnetischen Mitternacht“ nach Osten und danach nach Westen gerichtet sind. Magnetische Mitternacht ist definiert als die Zeit, in der sich die Sonne über dem magnetischen Meridian befindet. das Gegenteil davon, wo sich der Bahnhof befindet; Der Unterschied zwischen lokaler Mitternacht und magnetischer Mitternacht hängt von der Position der Station (und in gewissem Maße von der Jahreszeit) ab. In niedrigen Breiten ist dieser Unterschied recht gering, in hohen Breiten kann er jedoch mehr als eine Stunde betragen. Ein nach Westen ausgerichteter Elektrojet ist viel stärker als einer nach Osten; Gesamtstärke Der Strom für einen Sturm mittlerer Stärke beträgt 300.000 Ampere und während des Maximums nach magnetischer Mitternacht noch mehr.

Magnetische Stürme treten häufig ein bis zwei Tage nach einer Sonneneruption auf, weil die Erde einen von der Sonne ausgestoßenen Partikelstrom passiert. Aufgrund der Verzögerungszeit wird die Geschwindigkeit einer solchen Korpuskularströmung auf mehrere Millionen km/h geschätzt.

Die Theorie magnetischer Stürme wurde von S. Chapman, V. Ferraro, H. Alfvén, S. Singer, A. Dessler, E. Parker und anderen entwickelt. Wenn in einiger Entfernung von der Erde ein Strom solarer Teilchen – Protonen und Elektronen – mit dem Erdmagnetfeld kollidiert, verursacht er einen „Magnetschock“, der in Form einer starken hydromagnetischen Stoßwelle durch das Erdmagnetfeld dringt leitendes Gas, das die Erde umgibt. Der plötzliche Beginn eines magnetischen Sturms bedeutet die Ankunft einer hydromagnetischen Stoßwelle.

Sonnengas, das die Erde umhüllt, komprimiert ihr Magnetfeld und erhöht dadurch seine Intensität. Magnetfeldwachstum in Anfangsphase Als Folge dieses Effekts entsteht ein magnetischer Sturm. Einige der Sonnenpartikel werden vom Erdmagnetfeld mehr als 40.000 km von der Erde entfernt eingefangen. Wenn die Bewegung eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld schräg zu einer Magnetfeldlinie ausgerichtet ist, bewegt es sich spiralförmig um diese Linie. Wenn es in einen Bereich mit starkem Magnetfeld eintritt, nimmt die Komponente seiner Geschwindigkeit parallel zum Feldstärkevektor allmählich ab und seine Rotationsgeschwindigkeit nimmt zu, während die Gesamtgeschwindigkeit konstant bleibt. Wenn die Geschwindigkeitskomponente parallel zum Feld Null wird, wird das Teilchen reflektiert und beginnt, sich entlang der Feldlinie zurückzubewegen, wobei es seine spiralförmige Drehung um diese fortsetzt (der Punkt, an dem die Reflexion auftritt, wird in Analogie zu a als „Magnetspiegelpunkt“ bezeichnet herkömmlicher optischer Spiegel, der Licht reflektiert). So oszillieren geladene Teilchen, die von einem Magnetfeld eingefangen werden und sich spiralförmig um die Feldlinien drehen, zwischen zwei Spiegelpunkten, von denen einer auf der Nord- und der andere auf der Südhalbkugel liegt.

Mit zunehmender Entfernung von der Erde wird das Magnetfeld schwächer, wodurch der Krümmungsradius der spiralförmigen Bewegung der Teilchen um die Feldlinien am äußeren Teil der Flugbahn zunimmt. Darüber hinaus sind die magnetischen Feldlinien nach außen gekrümmt, so dass entlang ihnen oszillierende Teilchen erfahren Zentrifugalbeschleunigung, von der Erde aus gerichtet, was zu einer Vergrößerung des Krümmungsradius der Teilchenbahn in ihrem erdferneren Teil im Vergleich zu erdnäheren Teilen beiträgt. Und da Protonen und Elektronen um magnetische Feldlinien rotieren entgegengesetzte Richtungen Diese Effekte führen dazu, dass Protonen nach Westen und Elektronen nach Osten driften.

Die Gesamtdriftgeschwindigkeit hängt von der Energie des Teilchens und dem Winkel ab, den sein Geschwindigkeitsvektor mit der Feldlinie bildet, wenn das Teilchen den Äquator überquert. Diese beiden Faktoren liegen in einem bestimmten Bereich, also haben die Partikel unterschiedliche Geschwindigkeiten driften und verteilen sich, eingefangen vom Erdmagnetfeld, schnell und bilden eine Hülle um die Erde. Die westliche Drift der Protonen und die östliche Drift der Elektronen ist nichts anderes als ein elektrischer Strom, der über die Hülle „verschmiert“ wird. Dieser Strom, der überall in westlicher Richtung verläuft, erzeugt ein Magnetfeld, das so gerichtet ist, dass es das Erdmagnetfeld schwächt. Dies kann die Merkmale der Hauptphase des Magnetsturms erklären.

Mikropulsationen.

Es handelt sich um schnelle Schwingungen kleiner Amplitude, die sowohl in ruhigen als auch unruhigen Perioden beobachtet werden. In mittleren und niedrigen Breiten werden häufig zwei konventionelle Klassen von Mikropulsationen beobachtet: P c Und Pt. Mikropulsationen P c mehr oder weniger ununterbrochen über viele Stunden mit einem Zeitraum von 10 bis 60 Sekunden fortfahren; ihre Amplitude beträgt etwa 0,1 Gamma. Pt bestehen aus Reihen von Pulsationen mit kleiner Amplitude, jede Reihe dauert 10 bis 20 Minuten, einzelne Pulsationen haben eine Periode von 40 s bis zu mehreren Minuten und eine Amplitude von ca. 0,5 Gamma. Welligkeit P c tritt am häufigsten morgens auf. Pt wird oft mit magnetischen Buchten in Verbindung gebracht und am häufigsten nachts beobachtet.

Bei Verwendung von Instrumenten, die empfindlicher sind als herkömmliche Variometer, treten Pulsationen mit mehr auf kurze Zeiträume. Schwingungen mit einer Frequenz von 2 Hz wurden mit ausreichender Zuverlässigkeit beobachtet, es ist jedoch möglich, dass Pulsationen mit einer höheren Frequenz vorliegen. Die Amplitude schneller Pulsationen ist sehr klein – in der Größenordnung von 0,1 Gamma oder weniger. Um sie zu messen, wird eine Spule mit eine große Anzahl Drahtwindungen (bis zu 20.000) oder eine riesige Drahtschleife mit einer Fläche von 50–75 km 2 sowie Quantenmagnetometer.

In und in der Nähe von Polarlichtzonen treten riesige Mikropulsationen auf, deren Amplitude deutlich größer ist als die von P c und erreicht mehrere Dutzend Skalen. Die Hüllkurve der riesigen Mikropulsation nimmt in einem Zeitraum von einer bis mehreren Minuten allmählich zu und ab. In der Polarlichtzone wurden auch Pulsationen mit Perioden von mehreren Minuten festgestellt, die teilweise aus mehreren nahezu sinusförmigen Schwingungen bestanden, die mehrere Stunden andauerten. Sie treten am häufigsten in Jahren hoher Sonnenaktivität auf. In der Polarlichtzone werden auch schnellere Mikropulsationen mit einer Periode von mehreren Sekunden bis 30 s beobachtet, die offenbar mit der Polarlichtaktivität verbunden sind. Das Phänomen der riesigen Mikropulsationen ist noch nicht vollständig untersucht. Es wird vermutet, dass einige ihrer Arten durch Schwingungen magnetischer Feldlinien im äußeren Bereich der Erdatmosphäre verursacht werden.

Geomagnetisches Feld in hohen Schichten der Atmosphäre.

Mit dem Start von Raketen und Satelliten in die hohen Schichten der Atmosphäre ist das Erdmagnetfeld zu einem Thema intensiven Interesses geworden. Bisher ging man davon aus, dass sich das Erdmagnetfeld über weite Strecken erstreckt. L. Birman schlug vor, dass die aus Ionen bestehenden Schweife von Kometen unter dem Druck eines kontinuierlich ausgesandten Stroms geladener Teilchen von der Sonne weggezogen werden. Nach seinen Berechnungen beträgt die Dichte der Ion-Elektronen-Paare in der Nähe der Erde ca. 100/cm3. Die Idee wurde von E. Parker unterstützt, der diesen kontinuierlichen Korpuskularfluss „Sonnenwind“ nannte. Nach seinen Berechnungen müsste sich das Erdmagnetfeld, wenn es den Sonnenwind tatsächlich gibt, auf einen begrenzten Bereich um die Erde konzentrieren, dessen Größe und Form von der Stärke des Sonnenwinds abhängt. Nach Angaben eines auf der Raumsonde Pioneer 1 (1958) installierten Magnetometers liegt die Grenze des Erdmagnetfeldes in Richtung der Sonne in einer Entfernung von ca. 80.000 km von der Erde entfernt (Erdmagnetosphäre). Außerhalb dieser Zone wurde ein Magnetfeld mit einer Intensität von etwa 10 nT aufgezeichnet. Im interstellaren Raum herrscht ein Magnetfeld in der Größenordnung von 0,1 nT.

Eine wichtige Entdeckung wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung gemacht. J. Van Allen im Jahr 1958. Mithilfe von Instrumenten, die auf dem ersten US-Satelliten, Explorer 1, installiert waren, entdeckten sie, dass es in der äußeren Erdatmosphäre Strahlung hoher Intensität gibt. Messungen mit sowjetischen Satelliten unter der Leitung von S.N. Vernov und A.E. Chudakov (1958) ergaben eine zweite Strahlungszone. Diese Zonen werden Strahlungsgürtel oder Van-Allen-Gürtel genannt. Der erste Gürtel erstreckt sich von 960 bis 8000 km über der Erdoberfläche; der zweite - von 16.000 auf 64.000 km. Im inneren Gürtel befinden sich hochenergetische Protonen. Protonen und Elektronen niedriger Energie füllen eine größere Fläche. Das Einfangen geladener Teilchen durch das Erdmagnetfeld wurde anschließend in den Argus-Experimenten (1958) bei Verwendung getestet Nukleare Explosion In großen Höhen wurden Elektronen künstlich in die äußeren Schichten der Atmosphäre eingebracht. Es stellte sich heraus, dass die eingefangenen Elektronen mehrere Tage in der dünnen Hülle der Magnetosphäre verbleiben.

Erdströme.

In der Oberflächenschicht der Erdkruste fließen terrestrische oder tellurische Strömungen. Auf ihre Existenz lässt sich indirekt schließen, indem man mit einem Potentiometer die Potentialdifferenz zwischen zwei im Boden angebrachten Elektroden misst. Die gemessene Potentialdifferenz stellt die aus elektrischen Strömen resultierende elektromotorische Kraft dar, deren Größe vom kortikalen Widerstand abhängt. Der Widerstandswert (von 100 bis zu mehreren Millionen oder mehr OhmHcm) hängt davon ab geologische Struktur und verändert sich merklich mit der Tiefe. Da die obere Schicht der Erdkruste elektrisch leitend ist, induziert ein sich änderndes Magnetfeld darin elektrische Ströme. Zum Beispiel magnetische Variation Quadrat induziert globale Erdströme. Da der Erdwiderstand nicht isotrop ist, haben Erdströme eine Vorzugsrichtung.

Die Untersuchung terrestrischer Strömungen in Polarlichtzonen dient als guter Indikator für Polarstörungen und ist auch für die Untersuchung von Mikropulsationen nützlich.

Literatur:

Akassoru S., Pelmen S. Solar-terrestrische Physik, Teil 1–2, M., 1974–1975
Vaquier V. Geomagnetismus in der Meeresgeologie. L., 1976
Yanovsky B.M. Erdmagnetismus. L., 1978
Belov K.P., Bochkarev N.G. Magnetismus auf der Erde und im Weltraum. M., 1983



Die Erde ist ein riesiger Magnet, um den sich ein Magnetfeld bildet. Die magnetischen Pole der Erde stimmen nicht mit den wahren geografischen Polen – Nord und Süd – überein. Kraftlinien, die von einem Magnetpol zum anderen verlaufen, werden magnetische Meridiane genannt. Zwischen dem magnetischen und dem geografischen Meridian bildet sich ein bestimmter Winkel (ca. 11,5°), der als magnetische Deklination bezeichnet wird. Daher zeigt die magnetisierte Kompassnadel genau die Richtung der magnetischen Meridiane und die Richtung nach Norden an geografischer Pol- nur ungefähr.

Eine frei schwebende Magnetnadel befindet sich horizontal nur auf der Linie des magnetischen Äquators, die nicht mit der geografischen Linie übereinstimmt. Wenn Sie sich nördlich des magnetischen Äquators bewegen, sinkt das nördliche Ende der Nadel allmählich. Der Winkel, den die Magnetnadel mit der horizontalen Ebene bildet, wird magnetische Neigung genannt. Am magnetischen Nordpol (77° N und 102° W) wird eine frei hängende Magnetnadel vertikal mit dem nördlichen Ende nach unten installiert, am magnetischen Südpol (65° S und 139° E) mit dem südlichen Ende runterfallen. Somit zeigt die Magnetnadel die Richtung der magnetischen Feldlinien über der Erdoberfläche an.

Es wird angenommen, dass unser Planet selbst ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Es entsteht durch ein komplexes System elektrischer Ströme, die entstehen, wenn sich die Erde dreht und bewegt flüssige Substanz in seinem äußeren Kern. Die Lage der Magnetpole und die Verteilung des Magnetfeldes auf der Erdoberfläche verändern sich im Laufe der Zeit. Das Erdmagnetfeld erstreckt sich bis zu einer Höhe von etwa 100.000 km. Es weist Sonnenpartikel zurück oder fängt sie ein, die für alle lebenden Organismen schädlich sind. Es bilden sich geladene Teilchen Strahlungsgürtel Die Erde und der gesamte erdnahe Raum, in dem sie sich befinden, werden Magnetosphäre genannt.

Die Sonne sendet einen riesigen Energiestrom zur Erde, bestehend aus elektromagnetischer Strahlung ( sichtbares Licht, Infrarot- und Radiostrahlung); ultraviolett und Röntgenstrahlung; Solar- kosmische Strahlung, tritt nur bei sehr starken Ausbrüchen auf; und der Sonnenwind – ein konstanter Plasmafluss, der hauptsächlich aus Protonen (Wasserstoffionen) besteht.
Elektromagnetische Strahlung von der Sonne erreicht die Erde in 8 Minuten, und die Teilchenströme, die den Großteil der Störung von der Sonne verursachen, bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 km/s und verzögern sich um zwei bis drei Tage. Hauptgrund Sonnenwindstörungen, die erhebliche Auswirkungen haben Erdprozesse sind gewaltige Auswürfe von Materie aus der Sonnenkorona. Wenn sie sich auf die Erde zubewegen, werden sie magnetisch und führen zu starken, teilweise extremen Störungen auf der Erde. Besonders starke Störungen des Erdmagnetfeldes – magnetische Stürme – stören den Funkverkehr und verursachen intensive Polarlichter.

Magnetische Anomalien

In einigen Gebieten des Planeten werden Abweichungen der magnetischen Deklination und der magnetischen Neigung von den Durchschnittswerten für das jeweilige Gebiet beobachtet. Zum Beispiel in der Region Kursk im Bereich der Lagerstätte Eisenerz Die Magnetfeldspannung ist fünfmal höher als der Durchschnitt für dieses Gebiet. Die Lagerstätte wird Kursk-Magnetanomalie genannt. Manchmal werden solche Abweichungen großflächig beobachtet. Die ostsibirische magnetische Anomalie ist durch eine westliche magnetische Deklination gekennzeichnet, nicht durch eine östliche.

Ich wäre Ihnen dankbar, wenn Sie diesen Artikel in sozialen Netzwerken teilen würden:

Seitensuche.