Магнитное поле Земли
Компасом в морских путешествиях начали пользоваться в ХII веке. Его изобрели китайцы. Долгое время считалось, что на стрелку компаса влияет Полярная звезда.
В конце XVI века этот миф был развеян Уильямом Гильбертом, который первым из ученых опытным путем пришел к выводу, что Земля подобна огромному магниту. Руководствуясь идеей Перегринуса, он изготовил из магнитного железа шар, т. н. маленькую Землю, или terella. Опыты показали, что шар из магнитного железа и Земля одинаково действуют на свободно висящую магнитную стрелку. Следовательно, с точки зрения магнитных свойств, Земля отличается от такого шара только своими размерами. Земля – это большой магнит. Опираясь на данный вывод, Гильберт объяснил, почему магнитная стрелка в любой точке земного шара, поворачиваясь, всегда принимает строго определенное положение. Очевидно, Гильберт был первым ученым, который сравнил природное явление с явлением, наблюдаемым при помощи специально изготовленной модели.
1. Как Гильберт сделал открытие, что Земля – это гигантский магнит?
Как и любой другой магнит, Землю окружает магнитное поле. Магнитное поле Земли похоже на магнитное поле полосового магнита.
В северном полушарии Земли находится южный магнитный полюс Земли. В южном полушарии находится северный магнитный полюс Земли. Такие названия полюсов обусловлены тем, что еще до открытия, сделанного Гильбертом, северным полюсом магнитной стрелки называли полюс, поворачивающийся на север. Но поскольку противоположные полюсы магнитов притягиваются, пришлось назвать магнитный полюс Земли, расположенный в северном полушарии, южным. Силовые линии магнитного поля Земли выходят из северного магнитного полюса в южном полушарии и входят в южный магнитный полюс в северном полушарии.
2. Где находятся магнитные северный и южный полюсы Земли?
Если идти по стрелке компаса на север, можно прийти к магнитному южному полюсу Земли, но не к географическому Северному полюсу. Географический полюс Земли и находящийся в том же полушарии магнитный полюс Земли не совпадают. Магнитный южный полюс Земли находится на расстоянии примерно 2000 км от географического Северного полюса, в северной части Канады. Магнитный северный полюс Земли находится в Антарктике. Прямая, соединяющая магнитные полюсы, или магнитная ось Земли не проходит через центр Земли и поэтому короче диаметра Земли. Поскольку магнитные и географические полюсы Земли не совпадают, в разных точках земного шара стрелка компаса по-разному отклоняется от меридиана.
На земном шаре есть места, в которых магнитная стрелка принимает положение, значительно отличающееся от направления на север. Эти места называются областями магнитной аномалии (слово «аномалия» означает отклонение от нормы, необычность). Магнитная аномалия обычно обусловлена большими залежами железной руды, расположенными близко к поверхности Земли.
Магнитное поле Земли защищает человечество от космического излучения – от прилетающих из космоса вредных для живых организмов заряженных частиц с большой энергией. Направление движения электрически заряженных частиц меняется в магнитном поле Земли, и бóльшая часть из них даже не долетает до земной поверхности.
3. Почему ось магнитной стрелки компаса направлена не вдоль меридиана?
В результате наблюдений было установлено, что с течением времени местоположение магнитных полюсов Земли меняется. Эти изменения происходят на протяжении очень длительного времени. Но одновременно с протяженными во времени изменениями происходят и кратковременные изменения магнитного поля Земли. Кратковременные резкие изменения магнитного поля Земли называются магнитными бурями. Обычно магнитная буря длится от шести до 12 часов. Потом восстанавливается прежнее положение. Возникновение магнитных бурь связывают с увеличением активности Солнца. В периоды повышенной активности с поверхности Солнца во Вселенную выбрасывается больше, чем обычно, электронов и протонов, обладающих большой энергией. Эти частицы и влияют на магнитное поле Земли, вызывая магнитные бури.
В разные годы частота и интенсивность магнитных бурь различны. Поскольку активность Солнца возрастает примерно через каждые 11,5 лет, с той же периодичностью растет и число магнитных бурь. Во время магнитных бурь самочувствие многих людей ухудшается.
4. Чем обусловлены магнитные бури?
Полезно знать!
С древних времен люди наблюдали редкое, но необычайно красивое явление природы – северное сияние. Чаще всего северное, или полярное, сияние можно видеть в полярных областях, но известны случаи его наблюдения даже в Северной Африке и на Средиземном море. Северное сияние возникает на высоте 80–1000 км от поверхности Земли.
Поверья и легенды свидетельствуют о том, что у разных народов северное сияние вызывало или страх перед «божьей карой», или, напротив, с ним связывали надежды на помощь «небес». Древние эстонцы предсказывали по северному сиянию голод, болезни и смену погоды. Они верили, что сполохи северного сияния – это отражение борьбы сил добра и зла. Хотя северное сияние наблюдалось на протяжении сотен и тысяч лет, природа этого удивительного явления стала понятной лишь в середине прошлого века. Хотя и по сей день причины возникновения северного сияния выяснены еще не до конца.
Упрощенно возникновение северного сияния можно объяснить следующим образом. С поверхности Солнца во Вселенную постоянно выбрасываются электроны и протоны, часть которых оказывается достаточно близко к Земле. Эти заряженные частицы движутся с очень большой скоростью и в результате взаимодействия с магнитным полем Земли довольно глубоко проникают в атмосферу в полярных областях Земли. Они-то и вызывают северное сияние. Проникновение заряженных частиц в атмосферу Земли именно в полярных областях обусловлено формой силовых линий магнитного поля Земли.
Обладающие большой энергией быстро движущиеся частицы в верхних слоях атмосферы сталкиваются с атомами и молекулами азота и кислорода и ионизируют, или возбуждают, их за счет своей энергии. В результате атомы и молекулы начинают излучать свет, который известен как северное сияние. Если в ночном небе видна светящаяся лента сполохов, это значит, что там движется целая лавина электрически заряженных частиц с Солнца. Обычно сполохи бывают синими или зелеными, реже красными.
Проблемы
- В книге Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» рассказывается, как Негоро положил под компас топор, и из-за этого корабль из Тихого океана пошел вместо Америки в Африку. Как это могло произойти?
- Железную кочергу можно намагнитить, если сильно постучать по ее концу киянкой (деревянным молотком) или поленом. Как надо держать кочергу при намагничивании – по направлению магнитной стрелки компаса или перпендикулярно ему? На каком конце кочерги образуется при этом северный полюс (в смысле полюса магнитной стрелки), а на каком южный? Проверь свое предположение на опыте.
