3.2.2. Магнитное поле Земли.

Факт существования магнитного поля Земли известен с давних времен. В течение многих столетий естествоиспытатели пытаются понять природу земного магнетизма.

Экспериментальные результаты показывают, что магнитная стрелка (например компаса) не всегда устанавливается точно по направлению Полярной звезды. Это означает, что магнитное поле Земли не всегда ориентировано строго на север. Оно направлено под некоторым углом Д к географическому меридиану, т.е., имеет склонение. Оказалось также, что вектор магнитной индукции, характеризующий магнитное поле Земли направлен под углом J к горизонтальной плоскости (наклонение земного магнитного поля) Значения углов Д и J зависят от географических координат точки наблюдения. Геометрическое место точек, земной поверхности с J=0 образует магнитный экватор – замкнутую дугу (окружность) на поверхности земного шара, не совпадающую с географическим экватором. Совокупность точек земной поверхности, в которых магнитное склонение Д равно нулю, образуют магнитный меридиан, совпадающий с географическим меридианом. В других точках земного шара склонение Д≠0, географический и магнитный меридианы не совпадают.

На рис.5 показан вектор магнитной индукции Земли и его проекции B_X, B_Y, B_Z. В выбранной системе координат B_X – проекция вектора на ось x, направленная на Север; B_y – проекция вектора на ось y, направленная на Восток; B_z – проекция вектора на ось z, направленная по вертикали (в Северном полушарии B_z < 0). Здесь же указана горизонтальная проекция вектора земного магнитного поля на плоскость XY.

П лоскость, в которой лежат векторы и , называется плоскостью магнитного меридиана. По аналогии с горизонтальной составляющей , вертикальную составляющую магнитного поля Земли обозначают через ( )

Рис. 5

Склонение Д, наклонение J, горизонтальная , северная B_x, восточная B_y и вертикальная составляющие носят название элементов земного магнетизма.

Физик Уолтер Эльзессер выдвинул гипотезу о том, что вращение Земли приводит к медленным завихрениям в расплавленном железно-никелевом ядре, направленным с запада на восток. Эти вихри индуцируют электрический ток, который также движется с запада на восток (рис.6).

Рис.6

Кольцевые токи создают характерную для магнитного диполя систему силовых линий магнитной индукции (линий вектора ). Получается нечто вроде электромагнита внутри земного шара, чьи полюса находятся в районах географических полюсов Земли. Этот электромагнит и создает общее магнитное поле Земли.

Любопытно, что если бы попытаться воссоздать магнитное поле Земли с помощью рукотворного магнита даже из самых лучших в магнитном отношении марок стали, то и тогда такой магнит имел бы внушительные размеры – около 2000 км в длину и 250 км в диаметре.

Координаты магнитных полюсов P_mN и P_mS не совпадают с координатами географических полюсов земного шара. Соответственно магнитных экватор не совпадает с географическим. Магнитный «Юг» находится около географического Северного полюса, а магнитный «Север» - около географического Южного полюса.