Земля – огромный магнит
Магнитное поле простирается на 20—25 радиусов Земли и образует третий, «броневой», пояс, окружающий нашу планету наряду с атмосферой и ионосферой. Оно защищает Землю от мощного потока космических частиц — протонов, альфа-частиц, небольшого количества электронов и других, которые только в районах магнитных полюсов могут достичь атмосферы. Чтобы узнать всё это, людям потребовалось не одно столетие.
Знакомство человека с магнитными свойствами горных пород восходит к античным временам. Уже тогда был известен магнетит — невзрачный на вид тёмно-серый минерал, который ещё называют магнитным железняком. Одни исследователи считают, что минерал обязан своим названием древнему городу Магнесиа в Македонии, хотя там и не обнаружено магнитных руд. Другие связывают его с легендой о пастухе Магнусе, который в давние времена пас коз. Однажды опёрся он посохом с железным наконечником о камень, от которого потом с трудом оторвал его. Камень притягивал к себе железный наконечник посоха... Возможно, от имени пастуха и произошло слово «магнит». А РУДУ» обнаруженную Магнусом, назвали магнетитом. О магнитной скале рассказывала в своих сказках и Шахерезада. Следующий сюжет взят из рассказа Плиния Старшего об опасности, подстерегающей мореплавателей в Эфиопском (Красном) море. Корабль, проплывавший мимо загадочной горы, находящейся в этом море, будто бы рассыпался, т.к. железные гвозди выдёргивались силой магнита.
Земное магнитное поле интересовало многих учёных, которые пытались использовать его для ориентирования по сторонам света. В Китае уже почти 4 тыс. лет назад было известно свойство естественного магнита устанавливаться одним концом на юг, а противоположным — на север. «Магнит — это камень, который даёт направление железной игле» — такое определение естественного магнита приводили китайские учёные в энциклопедии, составленной во II в. н.э. В 1187 г. английский монах Александр Некэм писал в своём трактате: «В пасмурные дни или тёмные ночи, когда не видно небесных светил, моряки намагничивают железную иглу, продевают её сквозь соломинку, плавающую на воде, и таким образом определяют, где север».
В 1269 г. французский учёный Пьер де Мерикур, по прозванию Перегрин, написал трактат «Письмо о магните». Это был первый в Европе труд по магнетизму. Перегрин изложил в своём сочинении свойства магнитного камня, указал, как находить у него полюса и как намагничивать железную иглу. Учёный предложил назвать конец намагниченной стрелки, указывающий на север, северным, а противоположный — южным. Он усовершенствовал компас, соединив его с морской астролябией (специальным прибором для определения широт и долгот), а также сконструировал два магнитных компаса. Один из них содержал плавающий магнит, другой — «сухую» намагниченную стрелку, вращавшуюся вместе с вертикальной осью. Во втором компасе было 360 делений и линейка для измерения азимутов. Многие естествоиспытатели считали, что компасную стрелку направляет точно на север сила притяжения Полярной звезды. Перегрин первый догадался, что сама Земля создаёт силу, заставляющую стрелку магнитного компаса двигаться. Но все эти открытия целых три века почти никому были не известны. Книга Перегрина была опубликована только в 1558 г. в Германии.
Многие учёные и мастера старались усовершенствовать изобретённый китайцами компас. История сохранила далеко не все имена, но некоторые изобретатели нам известны. В Италии есть памятник Флавио Жиойя, сумевшему в XIV в. улучшить существовавшую тогда конструкцию магнитного компаса. Из поколения в поколение передавалась легенда о молодом моряке Флавио, полюбившем красавицу Анжелику. Отец девушки был капитаном корабля. Однажды из-за густого тумана его корабль сбился с курса и ударился о скалы. Капитан оказался единственным спасшимся из всей команды и поклялся отдать дочь в жёны только тому, кто создаст прибор, позволяющий отыскивать путь в ночи и тумане. Флавио Жиойя сделал такой прибор, и отец сдержал слово. Юноша скрепил магнитную стрелку с бумажным кругом (картушкой), нанёс градусные деления, к центру круга провёл лучи, соответствующие 32 направлениям (румбам). На картушку был нанесён рисунок, получивший название «роза ветров».
В 1492 г. моряки экипажа экспедиции Христофора Колумба через несколько дней после выхода из Европы в Америку с беспокойством обнаружили отклонение стрелки компаса на 5° от направления на Полярную звезду. Колумб с трудом успокоил свою команду и убедил продолжать путешествие. Он установил, что угол отклонения стрелки от направления на географический север (склонение) в различных участках земного шара неодинаков. Причины этого ему объяснить не удалось.
Значительно позже определили, что в Японии склонение мало, а в центральной части Гренландии оно достигает 60° (в западном направлении), так что в Гренландии по направлению магнитной стрелки едва ли можно определить положение Северного полюса. Только там, где склонение равно нулю, стрелка компаса действительно указывает на север. Европейцы сделали и другое важное открытие. В 1544 г. Гартман, пастор из Нюрнберга, работавший в молодости механцком, установил, что северный конец намагниченной стрелки всегда наклоняется вниз. Английский моряк Норман в 1576 г. определил, что в Лондоне стрелка устанавливается под углом 7Г50/ относительно горизонтальной плоскости. В высоких широтах наклонение достигает ещё больших величин. В Южном полушарии Земли наклоняется вниз южный конец стрелки. В связи с этими важными открытиями исследователи предположили, что стрелка компаса реагирует на источники магнетизма, скрытые в недрах Земли, т.е. на магнитные аномалии (от греч. «аномалиа» — «отклонение от нормы»).
Придворный лекарь английской королевы Елизаветы I, выдающийся естествоиспытатель того времени Уильям Гильберт затратил 18 лет жизни и почти всё своё состояние на опыты по изучению магнетизма. Результаты он изложил в книге «0 магните, магнитных телах и большом магните — Земля», вышедшей в свет в 1600 г. Гильберт подверг исследованию все лечебные и другие свойства магнитов, упомянутые в древних трактатах. Он экспериментально доказал, что Земля — огромное намагниченное тело с двумя полюсами.
Гильберт выточил из магнитной железной руды шар, названный им «терелла» — «маленькая Земля». Магнитные стрелки располагались вокруг магнитного шара, как и вокруг земного, на различных широтах. Учёный считал, что магнитные полюса Земли совпадают с географическими. Мы знаем, что это предположение не подтвердилось.
В 1694 г. англичане были потрясены гибелью своей эскадры на пути к Гибралтарскому проливу. Для выяснения причин катастрофы и проведения магнитных измерений в Атлантическом, а затем в Тихом океанах правительство Британии отправило экспедицию под руководством астронома и геофизика Эдмунда Галлея. Вернувшись в Англию, Галлей издал в 1701 г. первую в мире магнитную карту, нанеся на неё линии равного склонения.
Большой вклад в изучение земного магнетизма внёс великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765). Он усовершенствовал астрономические и навигационные приборы, создал первый в мире самопишущий компас, позволяющий в любое время определять изменения движения корабля за счёт действия ветра, оплошности рулевого и т.п. С помощью часового механизма, двигавшего бумажную ленту, компас автоматически вычерчивал на ней все отклонения от заданного румба.
В 1838 г. немецкий учёный Карл Фридрих Гаусс путём строгих математических расчётов показал, что постоянное магнитное поле Земли очень мало зависит от околоземного пространства, а источник магнетизма заключён внутри земного шара.
По инициативе немецкого естествоиспытателя Александра фон Гумбольдта в XIX в. в разных странах были созданы магнитные обсерватории для постоянной регистрации изменений элементов земного магнетизма. Такие обсерватории были открыты и в России.
Первая систематическая магнитная съёмка океанов была выполнена на американской немагнитной шхуне «Карнеги» в 1910 г., названной так по имени миллиардера, пожертвовавшего большую сумму денег на научные исследования. Все её части, включая двигатель, якорь, цепи, были сделаны из латуни, бронзы, марганцевой немагнитной стали и дерева. Она была оснащена довольно точной для того времени аппаратурой. После 20-летнего плавания на судне возник пожар, и знаменитая шхуна затонула.
В 1952 г. в СССР был спущен на воду новый немагнитный корабль — шхуна «Заря». Корпус её был изготовлен из сосны и дуба, а все крепления — из немагнитных сплавов (латуни и бронзы). Шхуну оснастили научным оборудованием, позволяющим непрерывно и с высокой точностью регистрировать основные элементы земного магнетизма.
Постоянные записи любой магнитной обсерватории показывают, что земное магнитное поле изменяется со временем. Отмечаются небольшие ежедневные циклические изменения — суточные вариации. Вариации склонения составляют угол в несколько минут, вариации напряжённости земного магнитного поля — около 10-4 Гс (напряжённость магнитного поля измеряется в гауссах —-единицах, которые получили название по имени великого немецкого математика Гаусса и обозначаются Гс). Магнит небольшого размера обычно создаёт магнитное поле напряжённостью в несколько десятков гауссов. Земное поле весьма слабое — около 0,3 Гс вблизи экватора и около 0,7 Гс в полярных районах.
В некоторые дни наблюдаются значительные изменения магнитного поля — до нескольких градусов по склонению и до 0,1 Гс по напряжённости. Такие сильные возмущения названы магнитными бурями. Магнитная буря, продолжающаяся несколько суток, часто сопровождается нарушениями радиосвязи, а в высоких широтах — полярным сиянием; отрицательно влияет на здоровье людей. Почему же возникают магнитные бури?
Верхние слои атмосферы, находящиеся в нескольких сотнях- километров над поверхностью Земли, называются ионосферой. Под действием магнитного поля Земли и её вращения вокруг своей оси в ионосфере возникают электрические токи. Они поддерживаются за счёт постоянного образования большого количества заряженных частиц — ионов и свободных электронов — из расщепляемых солнечной радиацией молекул атмосферных газов. Эти электрические токи оказывают существенное влияние на формирование магнитного поля Земли. В периоды повышенной солнечной активности всплески радиационного излучения вызывают соответствующие усиления электрических токов ионосферы, которые и являются причиной возникновения магнитных бурь.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1083
Случайная статья
