Геомагнитное поле. Магнитосфера. Полярные сияния

Опубликовано 29.06.2010 Ведущий Антон Степанов

Одно из свойств нашей планеты, отличающее ее от других - наличие магнитного поля и магнитосферы. Как и любое магнитное поле его можно изобразить с помощью линий. В тех точках, где напряженность поля будет иметь вертикальное положение находятся магнитные полюсы планеты. Их два - северный и южный, и их расположение не совпадает с географическими полюсами Земли, хотя в планетарном масштабе находятся не очень далеко. При этом магнитные полюсы постоянно меняют свое положение на несколько десятков километров в год.
Нужно заметить, что привычные обозначения полюсов, как северный и южный неверны с физической точки зрения. Вспомним, что стрелка компаса, ее северный полюс указывают, конечно на север, но так как одинаковые полюса, напротив должны отталкиваться, делаем вывод, что на самом деле магнитный полюс находящийся в северном полушарии, с физической точки зрения является южным. И наоборот.
Прямая проходящая через полюса называется магнитной осью, а большого круга в плоскости перпендикулярной оси называется магнитным экватором. В нем напряженность магнитного поля имеет условно горизонтальное направление. В разных точках Земли, например, на полюсах и экваторе, напряженность поля различна. Но в среднем составляет 0,5 Эрстед.
Какова же природа магнитного поля Земли? На этот счет нет единого мнения, но наиболее вероятно, что его возникновения связано с протеканием токов в жидком ядре планеты. Предполагается, что ядро Земли состоит из жидкого металла. При движении токов в нем возникает эффект самогенерации магнитного поля, реализуется механизм магнитного динамо. Зона, где происходит этот процесс находится на расстоянии примерно в четверть-треть земного радиуса.
От строения ядра, его состава и агрегатного состояния зависит магнитное поле планет. Например, у Венеры собственное поле отсутствует. А напряженность других планет варьируется. Например, поля Луны и Меркурия значительно меньше по напряженности Земного, а Сатурна и Юпитера - много выше.
Земное магнитное поле постоянно находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. От этого ее размеры и форма постоянно меняются. Эти изменения называют геомагнитными вариациями. А область космического пространства, которая находится под воздействием поля планеты - магнитосферой. Поток заряженных частиц солнечного ветра отклоняется полем от первоначальной траектории. Магнитосфера имеет сложную форму. В зависимости от интенсивности солнечного ветра и состояния внутреннего поля она принимает причудливые формы и обычно как бы сплюснута с подсолнечной стороны, а солнечный ветер обтекает ее и образует цилиндрический магнитный хвост. Его длина весьма значительна более 200 земных радиусов, т.е. длиннее радиуса лунной орбиты. С дневной стороны граница магнитосферы или, как ее называют, магнитопауза находится ближе - примерно на 15ти радиусах Земли.
Имеет ли магнитосфера планеты и ее изменения какое-либо влияние на жизнь человека? Самое прямое! Без ее наличия на планете вообще могло бы не быть жизни! Магнитосфера земли является как бы щитом, защитой от пагубного космического излучения. Благодаря ей солнечный ветер огибает Землю и поэтому не причиняет вреда живым организмам на ней живущим. В менее глобальном смысле - процессы, протекающие в магнитосфере, обусловленные, например, солнечной активностью, влияют на многих людей - их самочувствие. Во время, так называемых, магнитных бурь, оно может ухудшаться.
Но счастливчики могут и визуально наблюдать явления, связанные с геомагнитным полем. Я имею в виду - полярное сияние. Иногда его называют северным, но это не совсем верно, так как и на южном поле происходят те же процессы. Это явление свечения верхних слоев атмосферы при взаимодействии с частицами солнечного ветра. При бомбардировки верхних слоев заряженными частицами происходит возбуждение атомов и молекул газов атмосферы. Они начинают излучать в видимом диапазоне. На других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем так же возможны полярные сияния. Но в зависимости от состава атмосферы диапазоны свечения отличаются. Почему сияния наблюдаются только рядом с магнитными полюсами. Заряженные частицы, приблизившись к Земле, двигаются вдоль ее магнитных линий и какая-то часть попадает в атмосферу в зонах магнитных полюсов - авроральных овалах, которые имеют диаметр примерно 3000км. Визуально полярные сияния весьма разнообразны и очень красивы. Длятся от нескольких минут до нескольких дней. Чаще наблюдаются весной и осенью, а так же при высокой активности Солнца.
Существует мнение, что напряженность магнитного поля меняется с течением времени. Существуют долговременные спады и усиления поля и каждый спад происходит в течение примерно 4000 лет, потом в течение такого же промежутка времени происходит усиление. А сейчас Земля находится на стадии спада поля. Но это не доказано, впрочем, доподлинно известно, что неоднократно случалась инверсия полюсов. Т.е. смена их расположения на обратное. Точной периодичности этих процессов нет и когда произойдет следующая инверсия пока предсказать невозможно. Что случится с человечеством, если она произойдет, ученые точно ответить не могут. Впрочем, существуют гипотезы, что катастрофического влияния не произойдет и всё обойдется.