Происхождение геомагнитного поля

В попытке объяснить происхождение геомагнитного поля учеными было выдвинуто много гипотез. Они рождались и умирали, как всякие научные гипотезы, не выдержавшие напора экспериментальных фактов. Последние десяти лет серьезно обсуждаются две гипотезы – ферромагнитная и динамо-гипотеза.

Ферромагнитная гипотеза предлагала объяснить происхождение земного магнетизма просто намагниченностью земного шара. Земля имеет твердое ядро, которое состоит из железа с добавлением никеля. Можно было предположить, что твердое ядро Земли есть ферромагнетик, у которого магнитные поля доменов имеют преимущественную ориентацию, задающую магнитную ось Земли. Однако такое предположение никак не согласуется с данными о сверхвысоких температурах земного ядра, намного превышающих точку Кюри, при которой магнитные свойства ферромагнетика полностью исчезают. Что же касается жидкого внешнего ядер, то для него ферромагнитная гипотеза заведомо не годится, потому что существование постоянных магнитов в жидком состоянии невозможно по теоретическим соображениям.

Поэтому предпринимались попытки построить теорию, полагая, что земной магнетизм обусловлен намагниченностью горных пород, сосредоточенных в верхних слоях континентальной земной коры. Однако в этом случае расчетная магнитная индукция геомагнитного поля оказывалась на несколько порядков меньше измеряемой магнитной индукции. Оставалось предположить, что содержание магнетита в земной коре быстро возрастает с глубиной, но все данные геофизических исследований не дают никаких оснований для такого предположения.

Другая гипотеза о природе геомагнитного поля связана с теорией гидромагнитного динамо. Эта теория развилась из идеи Джозефа Лармора. Он предположил, что большая масса железного проводника, в которой происходит внутреннее движение, является источником магнитного поля. Действительно, при движении замкнутых проводников в магнитном поле в них возбуждаются токи за счет ЭДС источника. Однако обосновать теоретически возможность самовозбуждения магнитного поля при движении проводящей жидкости в шаровой области оказалось делом не простым. Более двадцати лет гипотеза Лармора не получала дальнейшего развития. Поэтому конкретных механизмов работы гидромагнитного динамо Земли не предлагалось. Позже было выдвинуто предположение, что тепловая конвекция в жидком ядре Земли может играть роль двигателя в «земной динамо-машине». Затем английский ученый Э. Буллард предположил, что движение вещества в жидком ядре происходит неравномерно. Косвенным подтверждением этого можно считать явление западного дрейфа.

Таким образом, в соответствии с теорией гидромагнитного динамо, причиной возникновения магнитного поля Земли являются конвекционные перемещения вещества в ядре и вращение внутренней и внешней частей ядра с различными угловыми скоростями.

Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой

З емной шар находится относительно близко от Солнца – всего на расстоянии ста его диаметров. С одной стороны, это надо рассматривать как счастливое обстоятельство – ведь Солнце является важным источником энергии, питающим все процессы, происходящие на Земле. С другой стороны, близость к Солнцу создает фактор опасности, поскольку мы оказываемся под достаточно сильным действием всего того, что испускает наше светило. А испускает оно, во-первых, электромагнитное излучение и, во-вторых, потоки заряженных частиц – электронов, протонов и в небольшой мере альфа-частиц. Потоки этих частиц представляют собой истечение плазмы солнечной короны. Их называют солнечным ветром.

Что же защищает нашу планету от солнечного ветра? Ее защищает магнитосфера Земли. Что представляет собой земная магнитосфера?

Рис.2.Деформация магнитосферы Земли

под действием солнечного ветра Исследования с космических аппаратов показали, что на больших расстояниях от Земли магнитосфера имеет весьма сложную структуру, определяемую взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром. Плазма солнечного ветра, накатываясь на магнитное поле, как на препятствие, деформирует его в сторону Земли. Поток «давит» на поле, а упругие магнитные силовые линии оказывают сопротивление этому потоку. Чем больше давление солнечного ветра, тем ближе к Земле он поджимает магнитную оболочку.

При встрече солнечного ветра с «препятствием» в виде геомагнитного поля образуется головная волна, сечение ее фронта в виде кривой с дневной стороны, где граница магнитного поля Земли находится в плоскости экватора. На ночной же стороне линии геомагнитного поля оказываются отброшенными далеко от Земли, образуя очень длинный магнитосферный хвост.

С помощью космических аппаратов удалось выяснить, что вокруг Земли существуют радиационные пояса – области магнитосферы с относительно высокой концентрацией электронов и ионов с большой энергией. С заряженными частицами, попадающими в радиационные пояса Земли, связано такое явление как полярное сияние.

Отметим, что геомагнитное поле вращается вместе с планетой. Поэтому конфигурация каждой из высокоширотных силовых линий непрерывно изменяется в течение суток – она трансформируется от замкнутых квазидипольных линий в утренние часы к разомкнутым и вытянувшимся в магнитосферный хвост линиям в вечерние и ночные часы.