Магнитные свойства Земли
История открытия земного магнетизма
Содержание
Существование магнетизма и свойства магнитной стрелки были известны издавна. В китайских летописях указывается, что для определения направления на север в 10 — 11 вв. до н. э. пользовались магнитными стрелками.
По свидетельству греческих и римских историков, уже в 7 в. до н. э. знали о том, что нек-рые камни притягивают к себе железо. Первые упоминания о применении магнитной стрелки европейскими мореплавателями относятся к 12 в. Древним китайцам и европейским мореплавателям в 13 в. было известно, что стрелка компаса несколько отклоняется от направления на север, а в 1492 X. Колумб обнаружил, что склонение неодинаково в различных точках земного шара.
Развитие мореплавания в 16 — 18 вв. обусловило увеличение количества магнитных наблюдений, разработку приборов, методов измерений и возникновение попыток объяснения земного магнетизма.
В 1510 было измерено склонение на суше (в Риме).
В 1536 немецкий механик Г. Гартман открыл магнитное наклонение.
За этим последовал ряд надёжных измерений склонения и наклонения на суше и иа море. Обобщение всех сведений, накопленных о земном магнетизме, было выполнено англ, физиком У. Гильбертом (1600), к-рый пришёл к выводу, что земной шар в целом является огромным магнитом, и подтвердил эту гипотезу опытами с намагниченным стальным шаром.
Повторение магнитных измерений в одних и тех же местах английским астрономом Г. Геллибрандом в 1034 доказало существование медленных (пековых) вариаций.
В 1722 английский механик Грэм (правильнее Грейам) обнаружил суточные колебания магнитной стрелки. Вскоре было замочено, что она временами испытывает быстрые беспорядочные колебания (магнитные бури).
С 1832, после разработки Гауссом метода измерения горизонтальной составляющей (см. Теодолит магнитный), наблюдения стали производиться над тремя элементами Н, D и Z.
Магнитные наблюдения в России
В России первые магнитные наблюдения были сделаны в 1556 — 57 на севере Европейской части,
С 1725 изучением земного магнетизма начала систематически заниматься Петербургская академия наук, организовавшая несколько экспедиций в Европейской и Азиатской частях страны (В. Беринг, К. И. Ислонсв, Г. А. Сарычев и др.).
Много ценных наблюдений было произведено русскими мореплавателями в начале 19 в. (И. Ф. Крузенштерн, Ф. II. Литке, ІО. Ф. Лисялский, Ф. II. Врангель) и профессорами Казанского ун-та И. М. Симоновым и А. Д. Купфероы.
В 20-х гг. 19 в. под руководством Купфера были организованы наблюдения магнитных вариаций в Петербурге, Казани, Нерчинске, Колывани, Екатеринбурге и Тифлисе. Это была первая сеть регулярно действующих обсерваторий. России, по свидетельству современников, принадлежала тогда ведущая роль в производстве магнитных наблюдений.
Изучение земного магнетизма в СССР
Наиболее широкое развитие геомагнитные исследования получили в Советском Союзе. В 1931—49 была осуществлена генеральная магнитная съёмка СССР, во время к-рой вся населённая часть территории была покрыта сетью наблюдательных пунктов с частотой 1 пункт на 400 км2.
Это первая в истории исследования земного магнетизма съёмка, во время к-рой однородные высокоточные наблюдения производились па столь обширной территории по общему плану. Научно-исследовательский институт земного магнетизма продолжает магнитную съёмку, охватывая менее доступные районы и уточняя картину распределения магнитного поля Земли. Регулярная регистрация магнитных вариаций производится широкой сетью магнитных обсерваторий, снабжённых самопишущими приборами (Магнитограф).
Теоретические вопросы геомагнетизма и прикладной магнитометрии разрабатываются научно-исследовательскими институтами: земного магнетизма, геофизики, прикладной геофизики, разведочной геофизики.
Магнитная активность Земли
МАГНИТНАЯ АКТЙВНОСТЬ — совокупность всех изменений магнитного поля Земли, вызываемых корпускулярным излучением Солнца. Самые сильные проявления магнитной активности — магнитные бури. Применяется также термин «магнитная возмущённость».Что такое магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли — магнитное поле, которое создаёт Земля, как и некоторые другие космические тела. По форме оно подобно полю однородно намагниченной сферы, ось к-рой составляет угол в 11°, 5 с осью вращения Земли; напряжённость поля на поверхности Земли меняется в пределах 0,3 — 0,7 эрстеда. Магнитное поле Земли устанавливает магнитную стрелку в направлении вектора поля, вызывает по индукции магнетизм в железе и других ферромагнитных материалах, а также электрические токи в движущихся проводниках и оказывает отклоняющее действие на летящие электрически заряженные частицы.
Влияние Солнца на магнитное поле Земли
Корпускулярный поток состоит из зарядов обоих знаков и в целом нейтрален. Скорость частиц порядка 1000 — 3000 км/сек. При вхождении потока в магнитное поле Земли происходит поляризация потока и образование в экваториальной плоскости устойчивого токового кольца большого радиуса (порядка 3—5 радиусов Земли), поле которого уменьшает горизонтальную составляющую земного магнитного поля. Под действием магнитного поля Земли часть корпускул отклоняется в высокие широты; проникая там в верхние слои атмосферы, заряженные частицы вызывают полярные сияния, сильные электрические токи, создающие большие магнитные поля, и нарушения нормального строения ионосферы. В ионосфере умеренных и низких широт в связи с вхождением Земли в корпускулярный поток также происходят возмущения и образование электрических токов. Однако здесь эти явления менее интенсивны.
Что такое магнитная буря?
МАГНЙТНЫЕ БУРИ — большие неправильные колебания магнитного поля Земли, нарушающие плавные суточные изменения магнитных элементов (Земной магнетизм). Магнитная буря длятся от нескольких часов до нескольких суток. Так называемые «мировые» бури наблюдаются одновременно на всей Земле, но интенсивность их всегда больше в высоких широтах. Некоторые бури («полярные») проявляются только в высоких широтах, почти не нарушая поля в умеренных и низких широтах. Магнитные бури совпадают с появлением на Солнце пятен, факелов и других проявлений солнечной активности, а также с увеличением интенсивности полярных сияний: во время сильных бурь сияния бывают видны в умеренных и даже низких широтах.
Магнитные бури. сопровождаются ухудшением прохождения коротких радиоволн вследствие нарушения нормальной структуры ионосферы (см.), а также возмущением токов и помехами в проволочной связи. Максимум магнитной возмущённости обычно совпадает или отстаёт на 1 — 2 года от максимума 11-летнего цикла солнечной активности. Наибольшее число бурь отмечается в периоды равноденствий и меньшее — в периоды солнцестояний. Связи между магнитными бурями и какими-либо метеорология, явлениями не обнаружено. Единой теории, объясняющей все особенности магнитных и ионосферных возмущений и полярных сияний, пока нет. Однако установлено, что эти явления вызываются заряженными частицами (корпускулами), выбрасываемыми активными областями Солнца.