Магнитное поле Земли

Если рядом с магнитной стрелкой нет магнитов или проводников с током, то она всегда установится в определенном направлении. Так будет происходить в любом месте на Земле. Это явление лежит в основе действия всем известного прибора — компаса.

Его использование возможно благодаря тому, что наша планета обладает собственным магнитным полем. На данном уроке вы узнаете, какую форму оно имеет, где расположены магнитные полюса Земли. Вы узнаете, что представляют из себя магнитные бури и магнитные аномалии.

Магнитное поле Земли

Итак, начнем с самого начала. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении?

Если магнитная стрелка компаса способна ориентироваться в пространстве, значит, на нее воздействует некое магнитное поле. Это и есть магнитное поле нашей планеты. Когда о нем говорят, часто используют понятие магнитосферы.

Магнитосфера — это область околоземного, включая ближайшее космическое, пространства, на которую простирается магнитное поле Земли.

Магнитосфера, как и любое магнитное поле, описывается магнитными линиями. Именно вдоль них и устанавливается стрелка компаса.

Магнитное поле Земли напоминает по форме магнитное поле полосового магнита. Для наглядности можно представить себе, что внутри Земли находится гигантский магнит. Тогда магнитные линии будут выглядеть как на рисунке 1.

{"questions":[{"content":"Магнитное поле Земли схоже с магнитным полем[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["полосового магнита","дугообразного магнита","образованным одноименными полюсами магнитов","образованным разноименными полюсами магнитов"],"answer":[0]}}}]}

Земной магнетизм до сих пор изучается. У ученых нет точного ответа, что именно является его причиной. Установлено, что большую роль играют электрические токи, текущие как в атмосфере, так и в самой земной коре.

Магнитные полюса Земли

Сразу заметим, что географические полюса не совпадают с магнитными (рисунок 2). Поэтому стрелка компаса всегда показывает нам лишь приблизительное направление на север.

Где находятся магнитные полюсы Земли?

Южный магнитный полюс Земли находится недалеко от Северного географического полюса (2100 км, в границах нынешней канадской Арктики). В этом месте магнитные линии становятся вертикальными и входят в землю.

Северный магнитный полюс находится вблизи Южного географического полюса, на краю Антарктиды. В этом месте, наоборот, магнитные линии выходят из Земли.

Как показать, что Южный магнитный полюс находится на севере, а Северный магнитный полюс — на юге? Это легко сделать, используя компас:

• Во-первых, магнитные стрелки всегда выстраиваются вдоль линий магнитного поля. Северный полюс магнитной стрелки всегда совпадает с направлением магнитной линии;
• Во-ворых, вспомните, как взаимодействуют полюсы магнитов между собой. Так, стрелка компаса, показывающая направление на север, взаимодействует с Южным магнитным полюсом — они притягиваются. По той же логике стрелка компаса показывает на юг, так как там находится Северный магнитный полюс.

Вообще, магнитное поле Земли менялось в ходе истории нашей планеты. Это было связано с крупными природными катастрофами. Последние несколько десятков тысячелетий таких изменений не происходило.

{"questions":[{"content":"Где находится Южный магнитный полюс Земли?[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["недалеко от Северного географического полюса, в границах канадской Арктики","вблизи Южного географического полюса, на краю Антарктиды","на экваторе","на Южном географическом полюсе"],"answer":[0]}}}]}

Зачем нужно магнитное поле Земле?

В первую очередь магнитное поле защищает планету от космического излучения. Один из источников такого излучения — это Солнце. Оно постоянно испускает поток частиц, имеющих огромные скорости. Это явление называют солнечным ветром. Среди этих частиц есть и электроны, и протоны, и ионы гелия и многие другие. Дело в том, что если эти частицы беспрепятственно будут достигать Земли, то нанесут огромный вред всем живым организмам.

Магнитное поле нашей планеты препятствует проникновению этих частиц в атмосферу. Оно отклоняет их от первоначального направления движения. Эти частицы начинают двигаться вдоль магнитных линий магнитного поля нашей планеты. Так они достигают полюсов. На них же магнитные линии имеют вертикальное направление. Поэтому поток частиц концентрируется в верхних слоях атмосферы. Это причина северных и южных сияний (рисунок 3).

{"questions":[{"content":"Какую роль играет магнитное поле Земли?[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["защищает живые организмы от губительного воздействия космического излучения","усиливает действие космического излучения для благоприятного воздействия на биосферу","препятствует возникновению парникового эффекта"],"answer":[0]}}}]}

Магнитные бури

Иногда возникают магнитные бури, способные влиять на магнитное поле нашей планеты.

Магнитные бури — это кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно влияют на магнитную стрелку.

Чем объясняют появление магнитных бурь?

Появление таких бурь связано с солнечной активностью. Что это означает?
Солнечной активностью называют ряд процессов, происходящих на Солнце. Некоторые из них приводят к возникновению сильных магнитных полей. Они же и оказывают влияние на Землю.

Например, так происходит при вспышках на Солнце. В таких ситуациях скорость частиц, которые испускает Солнце, возрастает настолько, что они способны воздействовать на магнитосферу Земли.

Магнитные бури не остаются незамеченными. 

• Они влияют на погоду. Могут возникать циклоны и увеличиваться облачность;
• Самочувствие некоторых людей может ухудшиться. Например, пациенты с сердечно-сосудистыми заболеваниями в это время испытывают определенные сложности и недомогания;
• Иногда возникают проблемы с электроприборами. Например, помехи в радиоэфире, ухудшение качества связи.

{"questions":[{"content":"Магнитные бури возникают [[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["в период высокой солнечной активности (например, при вспышках на Солнце)","при понижении атмосферного давления","в областях магнитных аномалий","Стихийно, сами по себе"],"answer":[0]}}}]}

Магнитные аномалии

Магнитные аномалии — это области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли (стрелка не указывает на магнитный полюс).

Где находится область, в которой наблюдается самая большая магнитная аномалия?

Самая большая магнитная аномалия — это Курская магнитная аномалия. Ее площадь составляет около $160 \space км^2$. Расположена в пределах Курской, Белгородской и Орловской областей. В этой области на небольшой глубине находятся гигантские залежи железной руды. А как вы помните, эта руда — естественный магнит. В таком огромном количестве она создает настолько сильное магнитное поле, что компас буквально начинает «сходить с ума»‎‎.

{"questions":[{"content":"В областях магнитных аномалий на небольшой глубине находятся залежи[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["магнитного железняка","медной руды","кобальта","Золота"],"answer":[0]}}}]}

Магнитное поле других планет

Заметим, что магнитные поля других планет выполняют ту же функцию, что и на Земле. Они отражают солнечный ветер и защищают планеты от воздействия космического излучения.

Луна

Современные исследования установили факт отсутствия магнитного поля у Луны. Но некоторые породы лунного грунта, доставленные на Землю, оказались сильно намагниченными. Это позволяет ученым предполагать, что магнитное поле у Луны когда-то существовало.

Планеты-гиганты: Юпитер и Сатурн

Рассмотрим планеты Солнечной системы. Самым сильным магнитным полем обладают планеты-гиганты: Юпитер и Сатурн.

Магнитное поле Юпитера превосходит магнитное поле Земли в 12 000 раз. Представьте себе радиус Юпитера. Он составляет около 69 911 км. Так его магнитное поле распространяется на 15 таких радиусов вокруг всей планеты.

Магнитосфера Сатурна напрямую связана с металлическим водородом. Это вещество в жидком состоянии находится внутри планеты. Кроме того, Сатурн является единственной планетой, чья ось вращения совпадает с осью магнитного поля. Другими словами: магнитные и географические полюса на этой планете совпадают.

Необычные магнитосферы: Уран и Нептун

Магнитная ось Урана отклонена от оси вращения планеты на $59 \degree$. Ученые предполагают, что у этой планеты не два, а четыре магнитных полюса: два северных и два южных. Из-за этого магнитное поле имеют довольно необычную форму. По мере удаления от планеты оно будто закручивается в длинную спираль.

У Нептуна тоже довольно интересная магнитосфера. Магнитная ось отклонена от оси вращения планеты на $47 \degree$. Из-за такого угла магнитосфера постоянно изменяется по мере вращения планеты.

Меркурий, Венера и Марс

Магнитное поле Меркурия в 100 раз меньше магнитного поля Земли. У Венеры оно тоже незначительное.

А вот у Марса магнитное поле концентрируется в южном полушарии. Такая форма поля могла образоваться в результате столкновения с гигантскими космическими телами.

{"questions":[{"content":"У каких небесных тел отсутствует магнитное поле?[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["Луна","Сатурн","Уран","Венера","Марс"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

На стальные рельсы действует магнитное поле Земли. Они успевают намагнититься, так как находятся очень долгое время в неподвижном состоянии.

Обратите внимание, что рельсы сделаны из стали. Поэтому они вообще имеют возможность намагнититься. Если бы на их месте были бы, например, медные детали, они бы не намагнитились и через 100 лет.

Намагниченные предметы будут обладать собственным магнитным полем. Это негативно скажется на измерениях — сделает их неточными или совсем неверными.