Scisne?

Загадка магнитного поля

# 2 Окт 2013 16:21:26
SE

По экранам многих стран прошел американский научно-фантастический фильм „Ядро“. Речь в нём шла о ядре Земли. Оно, это ядро, неожиданно потеряло магнитные свойства, в результате чего исчезло магнитное поле, окружающее нашу Землю, а вслед за этим начались всякие бедствия, угрожающие жизни всего человечества, что, как известно, является непременным атрибутом любого научно-фантастического фильма, рассчитывающего на хорошую кассу. Герои фильма, мужественные учёные и примкнувшие к ним красавицы и злодеи, отправляются в глубины планеты, чтобы подремонтировать угасшее магнитное поле и спасти человечество. Поцелуй в диафрагму. Полный кассовый успех. Полная недостоверность.

Единственное, что в этом фильме было подлинным и достоверным, — это утверждение, что магнитное поле, окружающее Землю, рождается где-то в недрах планеты и его исчезновение грозит нам неисчислимыми бедствиями. Достаточно сказать, что именно магнитное поле защищает нас от смертоносного космического излучения и, возможно, сохраняет в целости земную атмосферу, которую в противном случае „сдуло“ бы солнечным ветром, потоком ионизированных частиц, как „сдуло“ когда-то атмосферу Марса, и тогда Земля стала бы такой же безжизненной, как нынешний Марс.

Мы уже рассказывали читателям, что к счастью, по мнению специалистов, полная утрата магнитного поля нашей планете не грозит. Однако, к большому огорчению, по мнению тех же специалистов, нам вполне реально грозит и, может быть, в самом недалёком будущем (некоторые специалисты говорят даже, что в ближайшие две тысячи лет) временная утрата этого поля. Измерения показывают, что оно из года в год ослабевает, а такое ослабление, как показывает геологическое прошлое нашей планеты, предвещает возможную — и внезапную — переориентацию магнитных полюсов Земли: пройдя через ноль, магнитное поле поменяет направление, то есть северный магнитный полюс поменяется местами с южным. В истории Земли, как показывают исследования древних скал, такие внезапные переориентации уже бывали, они повторяются каждые несколько сот тысяч лет, но специалисты не знают, чем они вызваны, и не берутся предсказать, сколько может продлиться „нулевой период“, когда Земля не будет защищена магнитным полем. Может быть, считанные годы, может быть — тысячелетия. Ответ на этот вопрос могут дать только исследования того самого ядра Земли, с которого мы начали эту заметку. Увы, в отличие от героев американского фильма, специалисты-геофизики пока не могут отправиться в недра Земли. Поэтому они делают попытки доставить гору к Магомету, иными словами, воспроизвести условия в земном ядре в своих наземных лабораториях.

Эти попытки уже делались ранее, в лабораториях Риги и Карлсруэ, но созданные там подобия земного ядра — шар из быстро вращающегося и очень горячего жидкого металла — были недостаточно велики, чтобы воспроизвести главные особенности ядра планеты, те, от которых зависят свойства его магнитного поля. Поэтому сейчас сразу в двух американских лабораториях, в Мэриленде и Висконсине, началась подготовка к экспериментам большого масштаба. В одном из них искусственное „ядро Земли“ будет иметь диаметр 1 метр, в другом — 3 метра. Трёхметровый, раскалённый, жидкий, вращающийся металлический шар — представляете? Это вам не поцелуй в диафрагму…

Естественное ядро Земли, её гигантская динамомашина, имеет диаметр порядка 7 тысяч километров, из которых наружные две с лишним тысячи представляют собой жидкую часть, где происходят стремительное вихревое вращение и столь же быстрая конвекция: охлаждённые потоки жидкого металла стекают вниз, к твёрдому ядру, а разогретые потоки поднимаются наверх. Средняя температура в ядре составляет около 5 тысяч градусов, и это делает понятным, какие трудности должны преодолеть экспериментаторы, чтобы воссоздать хотя бы отдалённое подобие этих условий в своих лабораториях. Искусственное ядро должно быть достаточно большим, чтобы магнитное поле, зародившееся в нём от случайного „пускового“ импульса, могло растягиваться, извиваться и расти. В малом объёме все эти явления, предшествующие становлению устойчивого, стабильного поля, происходить не могут, это показали латвийские и немецкие эксперименты.

Исследователи намерены создать огромные, многотонные шары жидкого раскалённого натрия (напомним, что натрий — весьма взрывчатое вещество), погружённые в масло, которое изолирует эти шары от соприкосновения с наружным воздухом и стенками испытательной камеры. Затем они должны будут привести эти шары в быстрое вращение, и чем более быстрое, тем лучше, иначе вообще не будет условий для возникновения поля. После этого они намерены подвергать эти шары воздействию коротких „пусковых“ импульсов внешнего магнитного поля, чтобы в ядре возникли зародыши собственных полей, первые „покашливания“ запускаемого динамо. Лишь затем, когда эти поля установятся, начнётся собственно эксперимент.

Прежде всего надлежит выяснить, какой вид вращения приводит к появлению магнитного поля вокруг нашей планеты. У специалистов есть разные гипотезы на сей счёт. Основная часть теоретиков предполагают, что всё дело в наличии в земном ядре двух видов движения — вращения, которое „закручивает“ магнитные силовые линии вокруг оси вращения планеты, и вихрей, которые приводят к постепенному вытягиванию силовых линий вдоль оси вращения, а затем — к их замыканию и превращению в независимые силовые линии, которые и окружают после этого всю планету. Есть и другие взгляды. Эксперимент призван проверить различные догадки.

Другой важный вопрос связан с влиянием внешних условий. Это тоже трудный орешек. Известно, что Земля и Венера сходны по размерам и внутреннему составу, однако у Земли есть магнитное поле, а у Венеры его нет. Почему? Почему Марс примерно 4 миллиарда лет тому назад потерял своё магнитное поле, которое у него явно существовало прежде? Предстоящий эксперимент может ответить и на все эти вопросы.

Наконец, как мы уже сказали, крайне важно выяснить, почему происходят упомянутые выше апериодические переориентации магнитных полюсов. Расчёты теоретиков показывают, что случайные хаотические возмущения магнитного поля во внешнем жидком ядре планеты должны порождать тенденцию к непрерывному блужданию полюсов. Видимо, твёрдое ядро каким-то образом „гасит“ почти все эти попытки, так что удаются лишь некоторые из них и то крайне редко. Есть, однако, и другая, более тревожная теоретическая возможность: не исключено, что земное ядро вообще не способно порождать устойчивое поле вокруг планеты, а тот факт, что оно сейчас существует, объясняется лишь тем, что мы живём в какой-то необыкновенно благоприятный период земной истории. В таком случае возникновение и существование жизни на Земле могло быть вызвано счастливым стечением обстоятельств — случайным и неожиданным появлением такого устойчивого поля.

К счастью, множество фактов указывает, что это крайнее предположение скорее всего нереально. Но вопрос о причинах переориентации магнитных полюсов всё равно остаётся открытым и тоже требует объяснения, которое, в свою очередь, требует экспериментального изучения уникальных особенностей внутрипланетной динамомашины. Так что время для такого дерзкого эксперимента явно назрело, и остаётся ждать его осуществления.

Михаил Вартбург
„Знание-сила“
# 3 Окт 2013 17:10:21
Louiza

Магнитное поле вращает разные слои ядра Земли в противоположные стороны

Долгое время разные способы исследования земного ядра давали разные данные о направлении его вращения. Новая модель показывает, что прежние методы, как и разнонаправленность движения слоёв, связаны между собой.

Филип Ливермор (Philip Livermore) и его коллеги из Лидского университета (Великобритания) заявляют, что им наконец-то удалось решить загадку о направлении вращения слоёв ядра нашей планеты.

Магнитное поле, порождаемое внешними слоями ядра, заставляет его внутренние слои крутиться в противоположном направлении.
Магнитное поле, порождаемое внешними слоями ядра, заставляет его внутренние слои крутиться в противоположном направлении.

Сейсмографы, следящие за колебаниями, которые вызваны землетрясениями, и охватывающие всё бόльшую глубину земных недр, указали на то, что твёрдое ядро, которое в значительной степени состоит из железа, вращается с запада на восток значительно быстрее, чем верхние слои планеты, на которых живём мы. Твёрдая часть ядра, по размерам примерно соответствующая Луне, окружена жидкими внешними слоями, восходящие потоки в которых и порождают магнитное поле Земли.

А вот наблюдения за магнитным полем планеты приводили к противоположным выводам: получалось, что ядро (по крайней мере его наружные слои) должно вращаться с востока на запад. Причины этого очень долго оставались не вполне ясными.

Согласно модели, построенной учёными из Лидса, объяснить противоречие можно следующим образом. «Магнитное поле толкает внутреннее ядро с запада на восток, заставляя его вращаться быстрее, чем остальную планету. В то же время оно воздействует на жидкие наружные слои ядра в противоположном направлении, и те двигаются с востока на запад», — уверены г-н Ливермор и его команда.

То, что, по наблюдениям, магнитное поле Земли хотя и медленно, но меняется, означает, что через сотни или тысячи лет направление вращения может стать другим, и так, несомненно, уже случалось в прошлом. Всего 800 тыс. лет тому назад стрелка компаса показала бы на юг, где тогда находился нынешний северный магнитный полюс. Более того, некоторые данные свидетельствуют, что 3 тыс. лет назад были периоды, когда жидкая часть ядра вращалась в восточном, а не в западном направлении.

Если верить вновь представленной модели, в такие времена внутреннее твёрдое ядро должно было вращаться в западном направлении, то есть противоположном нынешнему.

Состоятельность гипотезы проверили с помощью симуляции на суперкомпьютере, и оказалось, что она моделирует историю магнитного поля в Земли в 100 раз точнее, чем все прежние теории и модели. Из этого учёные делают вывод, что два слоя ядра планеты действительно вращаются в противоположных направлениях, периодически их меняя.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам Лидского университета.
# 11 Мая 2016 13:57:41
rd-max

ДЕТЕКТОР МАГНИТНОГО ПОЛЯ


Как увидеть магнитное поле? Пассивный детектор магнитного поля. Magnetic field.
# 12 Фев 2017 19:54:42
yjdjctk
Louiza писал(а):
Магнитное поле вращает разные слои ядра Земли в противоположные стороны
Ну, да. Магнитное поле вращает слои..., а поле возникает от? Ну-да; от вращения этих разных слоев в разные стороны.
# 4 Авг 2017 15:49:47
Pchelka

Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.
Только зарегистрированные пользователи могут создавать сообщения.
Вход, Регистрация.