แหล่งกำเนิดหลักของสนามแม่เหล็กโลก พายุแม่เหล็ก - ผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์

ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ในระบบสุริยะมีสนามแม่เหล็กอยู่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น
สาขาธรณีฟิสิกส์สาขาพิเศษที่ศึกษาต้นกำเนิดและธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลกเรียกว่า geomagnetism Geomagnetism พิจารณาปัญหาของการเกิดขึ้นและวิวัฒนาการขององค์ประกอบหลักที่คงที่ของสนามแม่เหล็กโลกธรรมชาติขององค์ประกอบที่แปรผัน (ประมาณ 1% ของสนามแม่เหล็กหลัก) รวมถึงโครงสร้างของแมกนีโตสเฟียร์ - ชั้นพลาสมาแม่เหล็กบนสุด ของชั้นบรรยากาศโลก ทำปฏิกิริยากับลมสุริยะ และปกป้องโลกจากการแทรกซึมของรังสีคอสมิก งานที่สำคัญคือการศึกษารูปแบบของความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก เนื่องจากสิ่งเหล่านั้นมีสาเหตุจากอิทธิพลภายนอกที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมสุริยะเป็นหลัก

สิ่งนี้อาจเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจ แต่ในปัจจุบันไม่มีมุมมองเดียวเกี่ยวกับกลไกของการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์แม้ว่าสมมติฐานของไฮโดรไดนาโมแม่เหล็กซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนการรับรู้ของการมีอยู่ของแกนนอกของของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้านั้นเกือบจะเป็นสากล ได้รับการยอมรับ การพาความร้อน กล่าวคือ การผสมสสารในแกนโลกชั้นนอก ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าวงแหวน ความเร็วของการเคลื่อนที่ของสสารในส่วนบนของแกนของเหลวจะค่อนข้างต่ำกว่าและในชั้นล่าง - มากกว่าเมื่อเทียบกับแมนเทิลในกรณีแรกและแกนแข็งในกรณีที่สอง การไหลที่ช้าเช่นนี้ทำให้เกิดสนามไฟฟ้ารูปวงแหวน (ทอรอยด์) ซึ่งมีรูปร่างปิด และไม่เกินแกนกลาง เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าแบบวงแหวนกับกระแสการพาความร้อนสนามแม่เหล็กรวมของลักษณะไดโพลจึงเกิดขึ้นในแกนด้านนอกซึ่งเป็นแกนที่ใกล้เคียงกับแกนการหมุนของโลกโดยประมาณ ในการ "เริ่มต้น" กระบวนการดังกล่าว จำเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กเริ่มต้นอย่างน้อยก็อ่อนแอมาก ซึ่งสามารถสร้างขึ้นได้จากเอฟเฟกต์ไจโรแมกเนติกเมื่อตัววัตถุที่กำลังหมุนถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในทิศทางของแกนการหมุน

ลมสุริยะยังมีบทบาทสำคัญเช่นกัน นั่นคือการไหลของอนุภาคที่มีประจุ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มาจากดวงอาทิตย์ สำหรับโลก ลมสุริยะคือกระแสอนุภาคที่มีประจุในทิศทางคงที่ และไม่มีอะไรมากไปกว่ากระแสไฟฟ้า

ตามคำจำกัดความของทิศทางของกระแสนั้น ทิศทางของกระแสจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุลบ (อิเล็กตรอน) เช่น จากโลกถึงดวงอาทิตย์ อนุภาคที่ก่อตัวเป็นลมสุริยะซึ่งมีมวลและประจุจะถูกพาออกไปโดยชั้นบนของชั้นบรรยากาศในทิศทางการหมุนของโลก ในปี พ.ศ. 2501 ได้มีการค้นพบแถบรังสีของโลก นี่เป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ในอวกาศ ครอบคลุมโลกที่เส้นศูนย์สูตร ในแถบรังสี ตัวพาประจุหลักคืออิเล็กตรอน ความหนาแน่นของพวกมันคือ 2-3 เท่าของขนาดที่สูงกว่าความหนาแน่นของพาหะประจุอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่เป็นวงกลมโดยตรงของอนุภาคลมสุริยะ ซึ่งถูกพัดพาไปโดยการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของโลก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า "กระแสน้ำวน"

ควรสังเกตว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสลมสุริยะยังแทรกซึมเข้าไปในลาวาร้อนที่อยู่ข้างในและหมุนไปพร้อมกับโลก อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของกระแสที่ไหลซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กด้วย เป็นผลให้สนามแม่เหล็กของโลกเป็นสนามที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของกระแสไอโอโนสเฟียร์และกระแสลาวา

ภาพที่แท้จริงของสนามแม่เหล็กโลกไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับโครงร่างของแผ่นกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเปลือกโลกด้วย ตลอดจนตำแหน่งสัมพัทธ์ของความผิดปกติของแม่เหล็กด้วย ที่นี่เราสามารถวาดความคล้ายคลึงกับวงจรที่มีกระแสอยู่ในแกนเฟอร์โรแมกเนติกและไม่มีมัน เป็นที่ทราบกันดีว่าแกนเฟอร์โรแมกเนติกไม่เพียงแต่เปลี่ยนการกำหนดค่าของสนามแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญอีกด้วย

เป็นที่ยอมรับอย่างน่าเชื่อถือว่าสนามแม่เหล็กของโลกตอบสนองต่อกิจกรรมสุริยะ อย่างไรก็ตาม ถ้าเราเชื่อมโยงการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์กับชั้นปัจจุบันในแกนกลางของเหลวที่มีปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะเท่านั้น เราก็สามารถสรุปได้ว่าดาวเคราะห์ต่างๆ ของระบบสุริยะซึ่งมีทิศทางการหมุนเท่ากันจะต้องมีสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างเช่น ดาวพฤหัสบดีปฏิเสธข้อความนี้

เป็นที่น่าสนใจว่าเมื่อลมสุริยะมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กที่ตื่นเต้นของโลก แรงบิดที่มุ่งสู่การหมุนของโลกจะกระทำต่อโลก ดังนั้น โลกเมื่อเทียบกับลมสุริยะจึงมีพฤติกรรมคล้ายกับมอเตอร์กระแสตรงที่ตื่นเต้นในตัวเอง แหล่งพลังงาน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ในกรณีนี้คือดวงอาทิตย์ เนื่องจากทั้งสนามแม่เหล็กและแรงบิดที่กระทำบนโลกขึ้นอยู่กับกระแสของดวงอาทิตย์และอย่างหลังนั้นขึ้นอยู่กับระดับของกิจกรรมสุริยะ จากนั้นเมื่อกิจกรรมแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น แรงบิดที่กระทำบนโลกควรเพิ่มขึ้นและความเร็วของการหมุนควร เพิ่มขึ้น.

ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กของโลก (สนามแม่เหล็กโลก) สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วนหลัก ๆ ดังต่อไปนี้ - สนามแม่เหล็กหลัก (ภายใน) ของโลกรวมถึงความผิดปกติระดับโลก สนามแม่เหล็กของพื้นที่เปลือกนอก, สนามแม่เหล็กสลับ (ภายนอก) ของโลก

1. สนามแม่เหล็กหลักของโลก (ภายใน) ประสบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ตามเวลา (การเปลี่ยนแปลงทางโลก) โดยมีช่วงเวลาตั้งแต่ 10 ถึง 10,000 ปี โดยกระจุกตัวอยู่ในช่วง 10–20, 60–100, 600–1200 และ 8000 ปี อย่างหลังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์แม่เหล็กไดโพลด้วยปัจจัย 1.5–2

เส้นสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของจีโอไดนาโมแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างของสนามแม่เหล็กของโลกภายนอกนั้นง่ายกว่าภายในแกนกลางอย่างไร (ท่อพันกันตรงกลาง) บนพื้นผิวโลก เส้นสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่ออกมาจากด้านใน (ท่อสีเหลืองยาว) ที่ขั้วโลกใต้ และเข้ามาด้านใน (ท่อสีน้ำเงินยาว) ใกล้กับขั้วโลกเหนือ

คนส่วนใหญ่มักจะไม่คิดว่าทำไมเข็มเข็มทิศจึงชี้ไปทางเหนือหรือใต้ แต่ขั้วแม่เหล็กของดาวเคราะห์ไม่ได้ถูกวางตำแหน่งเหมือนอย่างทุกวันนี้เสมอไป

การศึกษาแร่แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กของโลกได้เปลี่ยนทิศทางจากเหนือไปใต้และย้อนกลับหลายร้อยครั้งในช่วง 4-5 พันล้านปีของการดำรงอยู่ของโลก อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรเช่นนี้เกิดขึ้นในช่วง 780,000 ปีที่ผ่านมา แม้ว่าระยะเวลาเฉลี่ยของการกลับขั้วแม่เหล็กจะอยู่ที่ 250,000 ปีก็ตาม นอกจากนี้ สนามแม่เหล็กโลกยังอ่อนลงเกือบ 10% นับตั้งแต่มีการวัดครั้งแรกในช่วงทศวรรษปี 1930 ศตวรรษที่สิบเก้า (เช่น เร็วกว่าเกือบ 20 เท่าหากสูญเสียแหล่งพลังงานไป ก็จะลดความแข็งแกร่งลงตามธรรมชาติ) โพลซิฟต์ครั้งต่อไปจะมาหรือไม่?

แหล่งกำเนิดของการสั่นของสนามแม่เหล็กซ่อนอยู่ในใจกลางโลก ดาวเคราะห์ของเราก็เหมือนกับวัตถุอื่น ๆ ในระบบสุริยะที่สร้างสนามแม่เหล็กด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในซึ่งมีหลักการทำงานเหมือนกับเครื่องไฟฟ้าทั่วไปโดยแปลงพลังงานจลน์ของอนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่เป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การเคลื่อนไหวเกิดขึ้นในการหมุนของขดลวด และภายในดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์ - ในสารของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เหล็กหลอมเหลวจำนวนมหาศาลที่มีปริมาตรใหญ่กว่าดวงจันทร์ 5 เท่าไหลเวียนอยู่ในแกนกลางของโลก ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าจีโอไดนาโม

ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแนวทางใหม่ในการศึกษาการทำงานของจีโอไดนาโมและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของมัน ดาวเทียมส่งสแนปชอตที่ชัดเจนของสนามแม่เหล็กโลกบนพื้นผิวโลก และเทคนิคการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์สมัยใหม่และแบบจำลองทางกายภาพที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการจะช่วยตีความข้อมูลการสังเกตวงโคจร การทดลองดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้คำอธิบายใหม่ว่าการเกิดขั้วใหม่เกิดขึ้นได้อย่างไรในอดีต และอาจเริ่มต้นอย่างไรในอนาคต

ภายในของโลกประกอบด้วยแกนโลกชั้นนอกที่หลอมละลาย ซึ่งการพาความร้อนแบบปั่นป่วนที่ซับซ้อนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก

พลังงานจีโอไดนาโม

จีโอไดนาโมให้พลังงานอะไร? ในช่วงทศวรรษที่ 40 ในศตวรรษที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ยอมรับเงื่อนไขที่จำเป็นสามประการสำหรับการก่อตัวของสนามแม่เหล็กของโลก และการก่อสร้างทางวิทยาศาสตร์ที่ตามมาก็เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ เงื่อนไขแรกคือมวลของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจำนวนมากซึ่งอิ่มตัวด้วยเหล็กก่อตัวเป็นแกนกลางของโลก ด้านล่างมีแก่นโลกชั้นในซึ่งประกอบด้วยเหล็กเกือบบริสุทธิ์ และเหนือนั้นมีหินแข็งยาว 2,900 กม. เนื้อโลกหนาแน่น และเปลือกโลกบาง ๆ ก่อตัวเป็นทวีปและพื้นมหาสมุทร แรงกดดันต่อแกนกลางที่สร้างขึ้นโดยเปลือกโลกและเนื้อโลกนั้นสูงกว่าบนพื้นผิวโลกถึง 2 ล้านเท่า อุณหภูมิของแกนกลางก็สูงมากเช่นกัน ประมาณ 5,000 องศาเซลเซียส เช่นเดียวกับอุณหภูมิของพื้นผิวดวงอาทิตย์

พารามิเตอร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นของสภาพแวดล้อมที่รุนแรงจะกำหนดข้อกำหนดที่สองสำหรับการทำงานของจีโอไดนาโมไว้ล่วงหน้า นั่นคือ ความต้องการแหล่งพลังงานในการกำหนดมวลของเหลวให้เคลื่อนที่ พลังงานภายใน ส่วนหนึ่งมาจากความร้อนและส่วนหนึ่งมาจากแหล่งกำเนิดทางเคมี ทำให้เกิดสภาวะการขับออกภายในนิวเคลียส แกนกลางจะร้อนขึ้นที่ด้านล่างมากกว่าด้านบน (อุณหภูมิสูงถูก "ปิดล้อม" ไว้ข้างในตั้งแต่กำเนิดโลก) ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบโลหะที่ร้อนกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าของแกนกลางมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น เมื่อมวลของเหลวขึ้นถึงชั้นบนสุด มันจะสูญเสียความร้อนบางส่วนไปส่งไปยังเนื้อโลกที่อยู่ด้านบน จากนั้นเหล็กเหลวจะเย็นลงและมีความหนาแน่นมากกว่ามวลที่อยู่รอบๆ และจมลง กระบวนการเคลื่อนย้ายความร้อนโดยการเพิ่มและลดมวลของเหลวเรียกว่าการพาความร้อน

เงื่อนไขที่จำเป็นประการที่สามในการรักษาสนามแม่เหล็กคือการหมุนของโลก แรงโบลิทาร์ที่เกิดขึ้นนั้นเบี่ยงเบนการเคลื่อนที่ของมวลของเหลวที่เพิ่มขึ้นภายในโลกในลักษณะเดียวกับที่มันเปลี่ยนกระแสน้ำในมหาสมุทรและพายุหมุนเขตร้อน ซึ่งกระแสน้ำวนการเคลื่อนที่นั้นสามารถมองเห็นได้ในภาพดาวเทียม ที่ใจกลางโลก แรงโบลิทาร์จะบิดมวลของเหลวที่เพิ่มขึ้นให้เป็นเกลียวหรือเกลียวเหมือนสปริงที่หลวม

โลกมีมวลของเหลวที่อุดมไปด้วยธาตุเหล็กซึ่งมีความเข้มข้นอยู่ที่ศูนย์กลาง มีพลังงานเพียงพอที่จะรองรับการพาความร้อน และมีแรงโบลิทาร์เพื่อหมุนกระแสการพาความร้อน ปัจจัยนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาการทำงานของจีโอไดนาโมเป็นเวลาหลายล้านปี แต่จำเป็นต้องมีความรู้ใหม่เพื่อตอบคำถามว่าสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดขั้วจึงเปลี่ยนสถานที่เป็นครั้งคราว

การรีโพลาไรซ์

นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าเหตุใดขั้วแม่เหล็กของโลกจึงเปลี่ยนตำแหน่งเป็นครั้งคราว การศึกษาล่าสุดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนของมวลหลอมเหลวภายในโลกทำให้สามารถเข้าใจได้ว่าการรีโพลาไรเซชันเกิดขึ้นได้อย่างไร

สนามแม่เหล็กซึ่งมีความเข้มข้นมากกว่าและซับซ้อนกว่าสนามของแกนกลางซึ่งเกิดการสั่นของสนามแม่เหล็กนั้นถูกค้นพบที่ขอบเขตของเนื้อโลกและแกนกลาง กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแกนกลางทำให้ไม่สามารถวัดสนามแม่เหล็กได้โดยตรง

สิ่งสำคัญคือสนามแม่เหล็กโลกส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นเฉพาะในพื้นที่กว้างๆ สี่แห่งที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลกเท่านั้น แม้ว่าจีโอไดนาโมจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมาก แต่มีพลังงานเพียง 1% เท่านั้นที่เดินทางออกนอกแกนกลาง โครงสร้างทั่วไปของสนามแม่เหล็กที่วัดที่พื้นผิวเรียกว่าไดโพล ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วจะวางตัวตามแนวแกนการหมุนของโลก เช่นเดียวกับในสนามแม่เหล็กเชิงเส้น กระแสแม่เหล็กโลกหลักจะถูกส่งจากศูนย์กลางของโลกในซีกโลกใต้และไปยังศูนย์กลางในซีกโลกเหนือ (เข็มเข็มทิศชี้ไปที่ขั้วโลกเหนือ เนื่องจากขั้วแม่เหล็กใต้ของไดโพลอยู่ใกล้ๆ) การสังเกตอวกาศแสดงให้เห็นว่าฟลักซ์แม่เหล็กมีการกระจายทั่วโลกไม่เท่ากัน โดยมีความตึงเครียดมากที่สุดที่พบในชายฝั่งแอนตาร์กติก ใต้ทวีปอเมริกาเหนือ และไซบีเรีย

Ulrich R. Christensen จากสถาบัน Max Planck เพื่อการวิจัยระบบสุริยะในเมือง Katlenburg-Lindau ประเทศเยอรมนี เชื่อว่าพื้นที่อันกว้างใหญ่เหล่านี้ดำรงอยู่มาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว และได้รับการดูแลรักษาโดยการพาความร้อนที่พัฒนาตลอดเวลาภายในแกนกลาง ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันอาจเป็นสาเหตุของการกลับขั้วหรือไม่? ธรณีวิทยาทางประวัติศาสตร์แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงขั้วเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ ตั้งแต่ 4 พันถึง 10,000 ปี หากจีโอไดนาโมหยุดทำงาน ไดโพลก็จะคงอยู่ต่อไปอีก 100,000 ปี การเปลี่ยนแปลงขั้วอย่างรวดเร็วทำให้เชื่อได้ว่าตำแหน่งที่ไม่มั่นคงบางตำแหน่งฝ่าฝืนขั้วเดิมและทำให้เกิดการเปลี่ยนขั้วใหม่

ในบางกรณี ความไม่แน่นอนลึกลับสามารถอธิบายได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงที่วุ่นวายในโครงสร้างของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนขั้วโดยไม่ได้ตั้งใจเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความถี่ของการเปลี่ยนแปลงขั้วซึ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วง 120 ล้านปีที่ผ่านมา บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ของกฎระเบียบภายนอก เหตุผลประการหนึ่งอาจเป็นเพราะอุณหภูมิชั้นล่างของเนื้อโลกแตกต่างกัน และเป็นผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของการเทแกนกลาง

อาการบางประการของการเกิดขั้วซ้ำถูกระบุเมื่อวิเคราะห์แผนที่ที่สร้างจากดาวเทียมแมกซัตและเออร์สเตด Gauthier Hulot และเพื่อนร่วมงานของเขาจาก Paris Geophysical Institute ตั้งข้อสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงในระยะยาวของสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลกในสถานที่ที่ทิศทางของการไหลของธรณีแม่เหล็กอยู่ตรงข้ามกับทิศทางปกติของซีกโลกที่กำหนด สนามแม่เหล็กย้อนกลับที่ใหญ่ที่สุดทอดยาวจากปลายด้านใต้ของแอฟริกาตะวันตกไปจนถึงอเมริกาใต้ ในบริเวณนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กมุ่งเข้าด้านใน เข้าหาแกนกลาง ในขณะที่ส่วนใหญ่ในซีกโลกใต้มุ่งหน้าจากศูนย์กลาง

บริเวณที่สนามแม่เหล็กมีทิศทางในทิศทางตรงกันข้ามสำหรับซีกโลกที่กำหนดเกิดขึ้นเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กที่บิดเบี้ยวและคดเคี้ยวทะลุผ่านแกนกลางของโลกโดยไม่ได้ตั้งใจ พื้นที่ของสนามแม่เหล็กย้อนกลับอาจทำให้สนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกอ่อนลงอย่างมาก เรียกว่าไดโพล และบ่งบอกถึงจุดเริ่มต้นของการกลับขั้วของขั้วโลก ปรากฏขึ้นเมื่อมวลของเหลวที่เพิ่มขึ้นผลักเส้นแม่เหล็กแนวนอนขึ้นไปในแกนนอกที่หลอมละลาย การไหลเวียนที่ไหลออกมานี้บางครั้งจะบิดและดันเส้นแม่เหล็กออกมา ในเวลาเดียวกัน แรงหมุนของโลกทำให้เกิดการไหลเวียนของเกลียวที่หลอมละลาย ซึ่งสามารถกระชับวงบนเส้นแม่เหล็กอัด (b) เมื่อแรงพยุงตัวมีความแข็งแรงพอที่จะดีดห่วงออกจากแกนกลาง แผ่นฟลักซ์แม่เหล็กคู่หนึ่งจะก่อตัวขึ้นที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลก

การค้นพบที่สำคัญที่สุดโดยการเปรียบเทียบการวัด Oersted ล่าสุดกับการวัดในปี 1980 คือบริเวณใหม่ของการกลับตัวของสนามแม่เหล็กยังคงก่อตัวขึ้น เช่น ที่ขอบเขตแกนโลกใต้ชายฝั่งตะวันออกของทวีปอเมริกาเหนือและอาร์กติก นอกจากนี้ พื้นที่ที่ระบุก่อนหน้านี้ได้เติบโตขึ้นและขยับไปทางเสาเล็กน้อย ในช่วงปลายยุค 80 ศตวรรษที่ XX David Gubbins จากมหาวิทยาลัยลีดส์ในประเทศอังกฤษ กำลังศึกษาแผนที่เก่าของสนามแม่เหล็กโลก โดยตั้งข้อสังเกตว่าการแพร่กระจาย การเติบโต และการเคลื่อนตัวของขั้วของส่วนของสนามแม่เหล็กผกผัน อธิบายถึงการลดลงของความแรงของไดโพลในช่วงเวลาประวัติศาสตร์

ตามหลักการทางทฤษฎีเกี่ยวกับเส้นสนามแม่เหล็ก กระแสน้ำวนขนาดเล็กและขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นในตัวกลางของเหลวของนิวเคลียสภายใต้อิทธิพลของแรงโบลิทาร์จะบิดเส้นสนามให้เป็นปม การหมุนแต่ละครั้งจะรวบรวมเส้นแรงในแกนกลางมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นการเพิ่มพลังงานของสนามแม่เหล็ก หากกระบวนการดำเนินต่อไปโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง สนามแม่เหล็กจะรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานไฟฟ้าจะกระจายและปรับการหมุนของเส้นสนามให้สอดคล้องกันมากพอที่จะหยุดการขยายตัวของสนามแม่เหล็กได้เองและยังคงสร้างพลังงานภายในต่อไป

พื้นที่ของสนามแม่เหล็กปกติและสนามแม่เหล็กกลับที่รุนแรงก่อตัวขึ้นที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลก โดยที่กระแสน้ำวนขนาดเล็กและขนาดใหญ่มีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งเรียกว่าวงแหวนวงแหวนที่ทะลุเข้าไปในแกนกลาง การเคลื่อนที่ของของไหลแบบปั่นป่วนสามารถบิดเส้นสนามวงแหวนให้เป็นวงที่เรียกว่าสนามโปลอยด์ ซึ่งมีการวางแนวเหนือ-ใต้ บางครั้งการบิดตัวเกิดขึ้นเมื่อมวลของของไหลเพิ่มขึ้น หากการหลั่งไหลออกมาแรงเพียงพอ ส่วนบนของห่วงโปโลลอยด์จะถูกผลักออกจากนิวเคลียส (ดูสิ่งที่แทรกไว้ทางด้านซ้าย) ผลจากการดีดออกนี้ จะทำให้เกิดสองส่วนขึ้นโดยที่ห่วงจะตัดผ่านขอบเขตแกนกลางและเนื้อโลก หนึ่งในนั้นคือทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กปรากฏขึ้นซึ่งสอดคล้องกับทิศทางทั่วไปของสนามไดโพลในซีกโลกที่กำหนด ในอีกส่วนหนึ่งการไหลจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

เมื่อการหมุนทำให้ส่วนของสนามแม่เหล็กกลับด้านเข้าใกล้ขั้วทางภูมิศาสตร์มากกว่าส่วนที่มีฟลักซ์ปกติ จะมีการอ่อนตัวลงของไดโพล ซึ่งมีความเสี่ยงมากที่สุดเมื่ออยู่ใกล้ขั้วของมัน สิ่งนี้สามารถอธิบายสนามแม่เหล็กกลับด้านในแอฟริกาตอนใต้ได้ เมื่อเกิดการพลิกกลับของขั้วทั่วโลก พื้นที่ของสนามแม่เหล็กที่กลับกันสามารถขยายตัวได้ทั่วทั้งภูมิภาคใกล้กับขั้วทางภูมิศาสตร์

แผนที่รูปร่างของสนามแม่เหล็กโลกที่ขอบเขตแกนโลกซึ่งรวบรวมจากการวัดด้วยดาวเทียม แสดงให้เห็นว่าฟลักซ์แม่เหล็กส่วนใหญ่พุ่งจากศูนย์กลางของโลกในซีกโลกใต้และมุ่งสู่ศูนย์กลางในซีกโลกเหนือ แต่ในบางพื้นที่กลับมีภาพตรงกันข้ามเกิดขึ้น บริเวณสนามแม่เหล็กย้อนกลับมีจำนวนและขนาดเพิ่มขึ้นระหว่างปี 1980 ถึง 2000 หากเต็มพื้นที่ที่ขั้วทั้งสอง อาจเกิดการรีโพลาไรเซชันได้

แบบจำลองการกลับขั้ว

แผนที่สนามแม่เหล็กแสดงให้เห็นว่า เมื่อมีขั้วปกติ ฟลักซ์แม่เหล็กส่วนใหญ่จะถูกส่งจากศูนย์กลางของโลก (สีเหลือง) ในซีกโลกใต้ และไปยังศูนย์กลาง (สีน้ำเงิน) ในซีกโลกเหนือ (a) การเริ่มต้นของการรีโพลาไรเซชันสังเกตได้จากการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กย้อนกลับหลายพื้นที่ (สีน้ำเงินในซีกโลกใต้และสีเหลืองในซีกโลกเหนือ) ชวนให้นึกถึงการก่อตัวของส่วนต่าง ๆ ที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลก

เป็นเวลาประมาณ 3 พันปี พวกมันลดความแข็งแกร่งของสนามไดโพลลง ซึ่งถูกแทนที่ด้วยสนามทรานซิชันที่อ่อนกว่าแต่ซับซ้อนกว่าที่ขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลก (b) การกลับขั้วกลายเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งหลังจากผ่านไป 6,000 ปี เมื่อส่วนของสนามแม่เหล็กย้อนกลับ (c) เริ่มมีอิทธิพลเหนือขอบเขตแกนกลาง-เนื้อโลก เมื่อถึงเวลานี้ การกลับตัวของขั้วโดยสิ้นเชิงก็ปรากฏบนพื้นผิวโลกเช่นกัน แต่หลังจากนั้นอีก 3 พันปีเท่านั้น ไดโพลก็เข้ามาแทนที่อย่างสมบูรณ์ รวมถึงแกนกลางของโลก (d)

เกิดอะไรขึ้นกับสนามแม่เหล็กภายในในปัจจุบัน?

พวกเราส่วนใหญ่ทราบดีว่าเสาทางภูมิศาสตร์มีการเคลื่อนไหววนซ้ำที่ซับซ้อนอย่างต่อเนื่องในทิศทางการหมุนของโลกในแต่ละวัน (การเคลื่อนตัวของแกนด้วยระยะเวลา 25,776 ปี) โดยทั่วไปแล้ว การเคลื่อนไหวเหล่านี้จะเกิดขึ้นใกล้กับแกนการหมุนของโลกตามจินตภาพ และไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เห็นได้ชัดเจน อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับโพลชิฟต์ แต่มีเพียงไม่กี่คนที่สังเกตเห็นว่าในช่วงปลายปี 1998 องค์ประกอบโดยรวมของการเคลื่อนไหวเหล่านี้เปลี่ยนไป ภายในหนึ่งเดือน เสาเคลื่อนไปทางแคนาดา 50 กิโลเมตร ปัจจุบัน ขั้วโลกเหนือกำลัง “คืบคลาน” ไปตามเส้นขนานที่ 120 ของลองจิจูดตะวันตก สันนิษฐานได้ว่าหากแนวโน้มการเคลื่อนที่ของขั้วโลกในปัจจุบันดำเนินต่อไปจนถึงปี 2553 ขั้วโลกเหนืออาจเคลื่อนตัวได้ประมาณ 3-4 พันกิโลเมตร จุดสิ้นสุดของการล่องลอยคือ Great Bear Lakes ในประเทศแคนาดา ขั้วโลกใต้จะเปลี่ยนจากศูนย์กลางแอนตาร์กติกาไปเป็นมหาสมุทรอินเดียตามลำดับ

นอกจากนี้ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกยังลดลงและไม่สม่ำเสมอมากอีกด้วย ดังนั้น ในช่วง 22 ปีที่ผ่านมา ปริมาณจึงลดลงโดยเฉลี่ยร้อยละ 1.7 และในบางภูมิภาค เช่น ในมหาสมุทรแอตแลนติกใต้ ลดลงร้อยละ 10 อย่างไรก็ตาม ในบางสถานที่บนโลกของเรา ความแรงของสนามแม่เหล็กซึ่งตรงกันข้ามกับแนวโน้มทั่วไปนั้นได้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยด้วยซ้ำ

เราเน้นย้ำว่าความเร่งของการเคลื่อนที่ของเสา (โดยเฉลี่ย 3 กม./ปีต่อทศวรรษ) และการเคลื่อนที่ไปตามทางเดินของการกลับขั้วแม่เหล็ก (การกลับขั้วมากกว่า 400 ครั้งทำให้สามารถระบุทางเดินเหล่านี้ได้) ทำให้เราสงสัยว่าสิ่งนี้ การเคลื่อนไหวของขั้วไม่ควรถูกมองว่าเป็นการทัศนศึกษา และการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลก

การเร่งความเร็วสามารถทำให้เสาเคลื่อนที่ได้ไกลถึง 200 กม. ต่อปี ดังนั้นการกลับขั้วจะเกิดขึ้นเร็วกว่าที่นักวิจัยคาดไว้ซึ่งอยู่ห่างไกลจากการประเมินอย่างมืออาชีพเกี่ยวกับกระบวนการกลับขั้วจริง

ในประวัติศาสตร์ของโลก การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของเสาทางภูมิศาสตร์เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า และปรากฏการณ์นี้มีความเกี่ยวข้องเป็นหลักกับการแข็งตัวของพื้นที่อันกว้างใหญ่และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกทั้งใบอย่างมาก แต่ภัยพิบัติครั้งสุดท้ายเท่านั้นที่สะท้อนในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ซึ่งน่าจะเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนตัวของขั้วซึ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 12,000 ปีที่แล้ว เราทุกคนรู้ว่าแมมมอธสูญพันธุ์แล้ว แต่ทุกอย่างก็จริงจังมากขึ้น

การสูญพันธุ์ของสัตว์หลายร้อยสายพันธุ์นั้นไม่ต้องสงสัยเลย มีการพูดคุยกันเกี่ยวกับน้ำท่วมและความตายของแอตแลนติส แต่มีสิ่งหนึ่งที่แน่นอน - เสียงสะท้อนของภัยพิบัติครั้งใหญ่ที่สุดในความทรงจำของมนุษย์มีพื้นฐานที่แท้จริง และน่าจะเกิดจากการเคลื่อนตัวของขั้วโลกเพียง 2,000 กม.

แบบจำลองด้านล่างแสดงสนามแม่เหล็กภายในแกนกลาง (กลุ่มเส้นสนามที่อยู่ตรงกลาง) และลักษณะของไดโพล (เส้นโค้งยาว) 500 ปี (a) ก่อนกึ่งกลางของการรีโพลาไรเซชันของไดโพลแม่เหล็ก (b) และ 500 ปีต่อมา ณ ขั้นสร้างเสร็จ (c)

สนามแม่เหล็กทางธรณีวิทยาของโลกในอดีต

ในช่วง 150 ล้านปีที่ผ่านมา การรีโพลาไรเซชันเกิดขึ้นหลายร้อยครั้ง โดยเห็นได้จากแร่ธาตุที่ถูกสนามแม่เหล็กของโลกในระหว่างการให้ความร้อนแก่หิน จากนั้นหินก็เย็นตัวลง และแร่ธาตุต่างๆ ก็ยังคงทิศทางแม่เหล็กเดิมไว้

ระดับการกลับตัวของสนามแม่เหล็ก: I – ในช่วง 5 ล้านปีที่ผ่านมา II – ในช่วง 55 ล้านปีที่ผ่านมา สีดำ – แม่เหล็กปกติ สีขาว – แม่เหล็กย้อนกลับ (อ้างอิงจาก W.W. Harland et al., 1985)

การกลับตัวของสนามแม่เหล็กคือการเปลี่ยนแปลงในเครื่องหมายของแกนของไดโพลแบบสมมาตร ในปี 1906 B. Brun ได้ตรวจวัดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของ Neogene ซึ่งเป็นลาวาที่มีอายุน้อยในภาคกลางของฝรั่งเศส ค้นพบว่าการดึงดูดของพวกมันนั้นตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กโลกสมัยใหม่ นั่นคือ ขั้วแม่เหล็กทางเหนือและใต้ดูเหมือนจะเปลี่ยนสถานที่ การมีอยู่ของหินที่มีแม่เหล็กกลับกันไม่ได้เป็นผลมาจากสภาวะผิดปกติบางอย่างในขณะที่ก่อตัว แต่เป็นผลมาจากการผกผันของสนามแม่เหล็กโลกในขณะนั้น การกลับขั้วของสนามแม่เหล็กธรณีเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดในวิชาบรรพชีวินวิทยา ซึ่งทำให้สามารถสร้างวิทยาศาสตร์ใหม่ของการถ่ายภาพด้วยสนามแม่เหล็กได้ ซึ่งศึกษาการแบ่งตัวของตะกอนหินโดยอาศัยการดึงดูดโดยตรงหรือย้อนกลับ และสิ่งสำคัญที่นี่คือการพิสูจน์ความบังเอิญของการกลับตัวของสัญญาณเหล่านี้ทั่วโลก ในกรณีนี้ นักธรณีวิทยามีวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากในการเชื่อมโยงตะกอนและเหตุการณ์ต่างๆ ที่อยู่ในมือของพวกเขา

ในสนามแม่เหล็กที่แท้จริงของโลก เวลาที่สัญลักษณ์ขั้วไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอาจเป็นช่วงสั้นๆ มากถึงหนึ่งพันปี หรือหลายล้านปีก็ได้
ช่วงเวลาที่มีความเหนือกว่าของขั้วใดขั้วหนึ่งเรียกว่ายุคแม่เหล็กโลก และบางส่วนได้รับชื่อของนักธรณีวิทยาที่โดดเด่นอย่างบรูเนส มาตูยามา เกาส์ และฮิลแบร์ต ภายในยุคสมัย ช่วงเวลาที่สั้นกว่าของขั้วหนึ่งหรืออีกขั้วหนึ่งจะมีความโดดเด่น เรียกว่า ตอน geomagnetic การระบุช่วงเวลาของขั้วตรงและขั้วกลับของสนามแม่เหล็กโลกที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดนั้นเกิดขึ้นจากกระแสลาวาอายุน้อยทางธรณีวิทยาในไอซ์แลนด์ เอธิโอเปีย และสถานที่อื่นๆ ข้อจำกัดของการศึกษาเหล่านี้ก็คือ การปะทุของลาวาเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเป็นระยะๆ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เหตุการณ์แม่เหล็กบางเหตุการณ์อาจพลาดไป

เมื่อเป็นไปได้ที่จะกำหนดตำแหน่งของเสาแม่เหล็กบรรพกาลในช่วงเวลาที่เราสนใจโดยใช้หินที่เลือกที่มีอายุเท่ากัน แต่ถ่ายในทวีปต่าง ๆ ปรากฎว่าเสาเฉลี่ยที่คำนวณได้พูดสำหรับหินจูราสสิกตอนบน ( 170 – 144 ล้านปี) ของทวีปอเมริกาเหนือและเช่นเดียวกัน เสาหินเดียวกันในยุโรปจะอยู่ในสถานที่ต่างๆ ดูเหมือนว่ามีขั้วโลกเหนือสองขั้ว ซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นได้กับระบบไดโพล ในการที่จะให้มีขั้วโลกเหนือได้ ตำแหน่งของทวีปต่างๆ บนพื้นผิวโลกจึงต้องมีการเปลี่ยนแปลง ในกรณีของเรา นี่หมายถึงการบรรจบกันของยุโรปและอเมริกาเหนือจนกระทั่งขอบชั้นวางตรงกัน นั่นคือความลึกของมหาสมุทรประมาณ 200 เมตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่ใช่ขั้วโลกที่กำลังเคลื่อนที่ แต่เป็นทวีปต่างๆ

การใช้วิธีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบพาลีโอแมกเนติกทำให้สามารถจำลองการเปิดมหาสมุทรแอตแลนติก มหาสมุทรอินเดีย และอาร์กติกที่มีอายุค่อนข้างน้อยได้อย่างละเอียด และเพื่อให้เข้าใจประวัติศาสตร์การพัฒนาของมหาสมุทรแปซิฟิกที่เก่าแก่ที่สุดได้ การจัดเรียงทวีปในปัจจุบันเป็นผลมาจากการล่มสลายของมหาทวีปแพงเจีย ซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 200 ล้านปีก่อน สนามแม่เหล็กเชิงเส้นของมหาสมุทรทำให้สามารถระบุความเร็วของการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกได้ และรูปแบบของสนามแม่เหล็กจะให้ข้อมูลที่ดีที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาไดนามิกส์

จากการศึกษาเกี่ยวกับแม่เหล็กบรรพชีวินวิทยา พบว่าการแยกทวีปแอฟริกาและแอนตาร์กติกาเกิดขึ้นเมื่อ 160 ล้านปีก่อน ความผิดปกติที่เก่าแก่ที่สุดที่มีอายุ 170 ล้านปี (จูราสสิกตอนกลาง) ถูกพบตามขอบมหาสมุทรแอตแลนติกนอกชายฝั่งของทวีปอเมริกาเหนือและแอฟริกา นี่คือเวลาที่มหาทวีปเริ่มสลายตัว แอตแลนติกใต้เกิดขึ้นเมื่อ 120 - 110 ล้านปีก่อน และแอตแลนติกเหนือในเวลาต่อมามาก (80 - 65 ล้านปีก่อน) เป็นต้น สามารถยกตัวอย่างที่คล้ายกันสำหรับมหาสมุทรใดๆ ก็ได้ และราวกับว่ากำลัง "อ่าน" บันทึกแม่เหล็กบรรพกาล เราสามารถสร้างประวัติศาสตร์ของการพัฒนาและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกขึ้นมาใหม่ได้

ความผิดปกติของโลก– การเบี่ยงเบนจากไดโพลเทียบเท่าสูงถึง 20% ของความเข้มของแต่ละพื้นที่โดยมีขนาดลักษณะเฉพาะสูงถึง 10,000 กม. เขตข้อมูลที่ผิดปกติเหล่านี้เผชิญกับการเปลี่ยนแปลงทางโลก ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและหลายศตวรรษ ตัวอย่างความผิดปกติ: บราซิล แคนาดา ไซบีเรียน เคิร์สต์ ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงทางโลก ความผิดปกติของโลกเปลี่ยนแปลง สลายตัว และเกิดขึ้นอีกครั้ง ที่ละติจูดต่ำ มีการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกในลองจิจูดในอัตรา 0.2° ต่อปี

2. สนามแม่เหล็กในพื้นที่ท้องถิ่น เปลือกนอกมีความยาวตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายร้อยกิโลเมตร เกิดจากการดึงดูดของหินในชั้นบนของโลกซึ่งประกอบเป็นเปลือกโลกและตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิว หนึ่งในสิ่งที่ทรงพลังที่สุดคือความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์

3. สนามแม่เหล็กสลับของโลก (เรียกอีกอย่างว่าภายนอก) ถูกกำหนดโดยแหล่งที่มาในรูปแบบของระบบปัจจุบันที่อยู่นอกพื้นผิวโลกและในชั้นบรรยากาศ แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็กดังกล่าวและการเปลี่ยนแปลงของพวกมันคือการไหลของพลาสมาแม่เหล็กที่มาจากดวงอาทิตย์พร้อมกับลมสุริยะ และสร้างโครงสร้างและรูปร่างของสนามแม่เหล็กโลก

ประการแรก เห็นได้ชัดว่าโครงสร้างนี้มีรูปร่าง "เป็นชั้น" อย่างไรก็ตาม บางครั้งเราอาจสังเกตเห็นการ “แตก” ของชั้นบน ซึ่งดูเหมือนจะเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะที่เพิ่มมากขึ้น ตัวอย่างเช่นที่นี่:

ในเวลาเดียวกัน ระดับของ "ความร้อน" ขึ้นอยู่กับความเร็วและความหนาแน่นของลมสุริยะในขณะนั้น โดยจะสะท้อนให้เห็นในระดับสีตั้งแต่สีเหลืองไปจนถึงสีม่วง ซึ่งจริงๆ แล้วสะท้อนถึงปริมาณแรงกดบนสนามแม่เหล็กที่เข้ามา โซนนี้ (รูปขวาบน)

โครงสร้างของสนามแม่เหล็กบรรยากาศโลก (สนามแม่เหล็กภายนอกของโลก)

สนามแม่เหล็กของโลกได้รับอิทธิพลจากการไหลของพลาสมาแสงอาทิตย์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับสนามโลก ขอบเขตด้านนอกของสนามแม่เหล็กใกล้โลกจึงเกิดขึ้น เรียกว่า ภาวะแม่เหล็กหมด- มันจำกัดสนามแม่เหล็กของโลก เนื่องจากอิทธิพลของการไหลของแสงอาทิตย์ขนาดและรูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์จึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและสนามแม่เหล็กสลับเกิดขึ้นโดยพิจารณาจากแหล่งภายนอก ความแปรปรวนมีต้นกำเนิดมาจากระบบปัจจุบันที่กำลังพัฒนาที่ระดับความสูงต่างๆ ตั้งแต่ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ไปจนถึงภาวะแมกนีโอสเฟียร์ การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลาหนึ่งซึ่งมีสาเหตุหลายประการ เรียกว่าความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งแตกต่างกันทั้งในด้านระยะเวลาและตำแหน่งบนโลกและในชั้นบรรยากาศ

แมกนีโตสเฟียร์เป็นพื้นที่ในอวกาศใกล้โลกซึ่งควบคุมโดยสนามแม่เหล็กของโลก สนามแมกนีโตสเฟียร์เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของลมสุริยะกับพลาสมาของชั้นบรรยากาศชั้นบนและสนามแม่เหล็กของโลก รูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์นั้นเป็นโพรงและหางยาวซึ่งทำซ้ำรูปร่างของเส้นสนามแม่เหล็ก จุดต่ำกว่าสุริยะโดยเฉลี่ยอยู่ที่ระยะห่าง 10 รัศมีโลก และหางของแมกนีโตสเฟียร์ขยายออกไปเลยวงโคจรของดวงจันทร์ โทโพโลยีของแมกนีโตสเฟียร์ถูกกำหนดโดยพื้นที่ของการบุกรุกพลาสมาของแสงอาทิตย์เข้าไปในแมกนีโตสเฟียร์และธรรมชาติของระบบปัจจุบัน

ส่วนหางของแมกนีโตสเฟียร์นั้นก่อตัวขึ้นจากเส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกที่โผล่ออกมาจากบริเวณขั้วโลกและขยายออกไปภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะไปจนถึงรัศมีโลกนับร้อยจากดวงอาทิตย์ถึงด้านกลางคืนของโลก ผลก็คือ พลาสมาของลมสุริยะและกระแสเลือดจากแสงอาทิตย์ดูเหมือนจะไหลไปรอบๆ สนามแมกนีโตสเฟียร์ของโลก ทำให้มันมีรูปร่างหางที่แปลกประหลาด
ที่หางของแมกนีโตสเฟียร์ในระยะทางไกลจากโลก ความแรงของสนามแม่เหล็กของโลกและคุณสมบัติการป้องกันของพวกมันจึงอ่อนลงและอนุภาคพลาสมาแสงอาทิตย์บางส่วนสามารถเจาะและเข้าไปด้านในของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกได้ และกับดักแม่เหล็กของสายพานรังสี เจาะเข้าไปในหัวของแมกนีโตสเฟียร์ในบริเวณออโรร่ารีภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความกดดันของลมสุริยะและสนามระหว่างดาวเคราะห์ หางทำหน้าที่เป็นสถานที่สำหรับการก่อตัวของกระแสของอนุภาคที่ตกตะกอน ทำให้เกิดแสงออโรร่าและกระแสแสงออโรร่า สนามแมกนีโตสเฟียร์ถูกแยกออกจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ด้วยสนามแม่เหล็ก ตามแนวแมกนีโตสเฟียร์ อนุภาคของกระแสคอร์ปัสสเฟียร์จะไหลไปรอบๆ สนามแมกนีโตสเฟียร์ อิทธิพลของลมสุริยะที่มีต่อสนามแม่เหล็กโลกบางครั้งก็รุนแรงมาก แมกนีโตสเฟียร์เป็นขอบเขตด้านนอกของแมกนีโตสเฟียร์ของโลก (หรือของดาวเคราะห์) ซึ่งแรงดันไดนามิกของลมสุริยะจะมีความสมดุลด้วยแรงดันของสนามแม่เหล็กของมันเอง ด้วยพารามิเตอร์ลมสุริยะทั่วไป จุดใต้แสงอาทิตย์จะอยู่ห่างจากศูนย์กลางโลก 9–11 รัศมีโลก ในช่วงที่มีการรบกวนของสนามแม่เหล็กบนโลก ภาวะสนามแม่เหล็กสามารถไปไกลกว่าวงโคจรค้างฟ้า (6.6 รัศมีโลก) สำหรับลมสุริยะที่มีกำลังอ่อน จุด Subsolar จะอยู่ที่ระยะห่าง 15–20 รัศมีโลก

การแปรผันของธรณีแม่เหล็ก

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เรียกว่าความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก ความแตกต่างระหว่างความแรงของสนามแม่เหล็กที่สังเกตได้กับค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาที่ยาวนานใดๆ เช่น หนึ่งเดือนหรือหนึ่งปี เรียกว่าความแปรผันทางภูมิศาสตร์ จากการสังเกต ความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป และการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมักเกิดขึ้นเป็นระยะ

รูปแบบรายวัน สนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นเป็นประจำ สาเหตุหลักมาจากกระแสในชั้นไอโอโนสเฟียร์ของโลกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงการส่องสว่างของไอโอโนสเฟียร์ของโลกโดยดวงอาทิตย์ในระหว่างวัน

ความแปรผันของสนามแม่เหล็กรายวันสำหรับช่วงวันที่ 19/03/2553 เวลา 12:00 น. ถึง 21/03/2553 เวลา 00:00 น.

สนามแม่เหล็กของโลกอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์เจ็ดตัว ในการวัดสนามแม่เหล็กของโลก ณ จุดใด ๆ เราต้องวัดทิศทางและความแรงของสนามแม่เหล็ก พารามิเตอร์ที่อธิบายทิศทางของสนามแม่เหล็ก: การเอียง (D) ความเอียง (I) D และฉันวัดกันเป็นองศา ความแรงของสนามแม่เหล็กทั่วไป (F) อธิบายโดยองค์ประกอบแนวนอน (H) องค์ประกอบแนวตั้ง (Z) และองค์ประกอบทางเหนือ (X) และตะวันออก (Y) ของความเข้มแนวนอน ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถวัดได้ในหน่วย Oersteds (1 Oersted = 1 gauss) แต่โดยปกติจะวัดเป็น nanoTesla (1nT x 100,000 = 1 oersted)

การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สม่ำเสมอ สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของการไหลของพลาสมาแสงอาทิตย์ (ลมสุริยะ) บนสนามแม่เหล็กของโลกตลอดจนการเปลี่ยนแปลงภายในสนามแม่เหล็กและปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กกับชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์

รูปด้านล่างแสดงภาพ (จากซ้ายไปขวา) ของสนามแม่เหล็กในปัจจุบัน ความดัน กระแสการพาความร้อนในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ตลอดจนกราฟการเปลี่ยนแปลงความเร็วและความหนาแน่นของลมสุริยะ (V, Dens) และค่าต่างๆ ขององค์ประกอบแนวตั้งและตะวันออกของสนามแม่เหล็กภายนอกของโลก

การเปลี่ยนแปลง 27 วัน มีแนวโน้มว่ากิจกรรมแม่เหล็กโลกจะเพิ่มขึ้นซ้ำทุกๆ 27 วัน ซึ่งสอดคล้องกับคาบการหมุนรอบดวงอาทิตย์ของดวงอาทิตย์สัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์บนโลก รูปแบบนี้เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวบนดวงอาทิตย์ ซึ่งสังเกตได้ระหว่างการปฏิวัติสุริยะหลายครั้ง รูปแบบนี้แสดงออกมาในรูปแบบของกิจกรรมแม่เหล็กและพายุแม่เหล็กที่สามารถทำซ้ำได้ภายใน 27 วัน

การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล ฤทธิ์แม่เหล็กได้รับการระบุอย่างมั่นใจบนพื้นฐานของข้อมูลรายเดือนโดยเฉลี่ยเกี่ยวกับฤทธิ์แม่เหล็กที่ได้รับจากการประมวลผลการสังเกตในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แอมพลิจูดของมันจะเพิ่มขึ้นตามกิจกรรมแม่เหล็กโดยรวมที่เพิ่มขึ้น พบว่าความแปรผันตามฤดูกาลของกิจกรรมแม่เหล็กมีสองค่าสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับคาบของวสันตวิษุวัต และค่าต่ำสุดสองค่าซึ่งสอดคล้องกับคาบของอายัน สาเหตุของการแปรผันเหล่านี้คือการก่อตัวของบริเวณกัมมันต์บนดวงอาทิตย์ ซึ่งจัดกลุ่มเป็นโซนตั้งแต่ละติจูดเฮลิโอกราฟิกที่ 10 ถึง 30° เหนือและใต้ ดังนั้น ในช่วง Equinoxes เมื่อระนาบของโลกและเส้นศูนย์สูตรสุริยะตรงกัน โลกจึงมีความอ่อนไหวต่อการกระทำของบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีมากที่สุดบนดวงอาทิตย์

การเปลี่ยนแปลง 11 ปี ความเชื่อมโยงระหว่างกิจกรรมสุริยะกับกิจกรรมแม่เหล็กปรากฏชัดเจนที่สุดเมื่อเปรียบเทียบการสังเกตการณ์แบบต่อเนื่องกันแบบยาว ซึ่งทวีคูณของช่วงระยะเวลา 11 ปีของกิจกรรมสุริยะ การวัดกิจกรรมสุริยะที่รู้จักกันดีที่สุดคือจำนวนจุดดับ พบว่าในปีที่มีจุดดับมากที่สุด กิจกรรมแม่เหล็กก็ถึงค่าสูงสุดเช่นกัน แต่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมแม่เหล็กนั้นค่อนข้างล่าช้าเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมสุริยะ ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วความล่าช้านี้คือหนึ่งปี

การเปลี่ยนแปลงที่ยาวนานหลายศตวรรษ – การแปรผันขององค์ประกอบของแม่เหล็กโลกอย่างช้าๆ โดยมีระยะเวลาหลายปีหรือมากกว่านั้น แตกต่างจากแหล่งกำเนิดภายนอกรายวัน ตามฤดูกาล และรูปแบบอื่นๆ ความแปรผันทางโลกมีความเกี่ยวข้องกับแหล่งที่มาที่อยู่ในแกนโลก ความกว้างของการเปลี่ยนแปลงทางโลกถึงสิบ nT/ปี การเปลี่ยนแปลงในค่าเฉลี่ยรายปีขององค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงทางโลก เส้นแยกของการแปรผันทางโลกจะกระจุกตัวอยู่รอบๆ จุดต่างๆ - จุดศูนย์กลางหรือจุดโฟกัสของการแปรผันทางโลก ในศูนย์กลางเหล่านี้ ขนาดของความแปรผันทางโลกจะถึงค่าสูงสุด

พายุแม่เหล็ก - ผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์

ลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กในท้องถิ่นเปลี่ยนแปลงและผันผวน บางครั้งนานหลายชั่วโมง จากนั้นกลับคืนสู่ระดับเดิม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าพายุแม่เหล็ก พายุแม่เหล็กมักเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและพร้อมกันทั่วโลก

หนึ่งวันหลังจากเปลวสุริยะ คลื่นกระแทกของลมสุริยะเคลื่อนเข้าสู่วงโคจรของโลก และพายุแม่เหล็กก็เริ่มขึ้น ผู้ป่วยที่ป่วยหนักจะตอบสนองอย่างชัดเจนตั้งแต่ชั่วโมงแรกหลังเปลวไฟบนดวงอาทิตย์ ส่วนที่เหลือ - นับตั้งแต่วินาทีที่พายุเริ่มต้นบนโลก สิ่งที่ทุกคนมีเหมือนกันคือการเปลี่ยนแปลงจังหวะชีวภาพในช่วงเวลาเหล่านี้ จำนวนกรณีของภาวะกล้ามเนื้อหัวใจตายเพิ่มขึ้นในวันรุ่งขึ้นหลังการระบาด (มากกว่าประมาณ 2 เท่าเมื่อเทียบกับวันที่เงียบสงบ) ในวันเดียวกันนั้น พายุแมกนีโตสเฟียร์ที่เกิดจากเปลวไฟเริ่มต้นขึ้น ในคนที่มีสุขภาพแข็งแรงสมบูรณ์ ระบบภูมิคุ้มกันจะถูกกระตุ้น อาจมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น และอารมณ์ดีขึ้น

บันทึก:ความสงบทางธรณีแม่เหล็กที่คงอยู่เป็นเวลาหลายวันหรือมากกว่านั้นติดต่อกันมีผลกระทบที่น่าหดหู่ต่อร่างกายของชาวเมืองในหลาย ๆ ด้าน เช่น พายุ ทำให้เกิดภาวะซึมเศร้าและภูมิคุ้มกันอ่อนแอลง การ “เด้ง” เล็กน้อยของสนามแม่เหล็กภายในช่วง Kp = 0 – 3 ช่วยให้ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศและปัจจัยสภาพอากาศอื่นๆ ได้ง่ายขึ้น

ยอมรับการไล่ระดับของค่า Kp-index ต่อไปนี้:

Kp = 0-1 – สถานการณ์แม่เหล็กโลกสงบ (สงบ);

Kp = 1-2 – สภาวะแม่เหล็กโลกจากสงบถึงรบกวนเล็กน้อย

Kp = 3-4 – จากรบกวนเล็กน้อยไปรบกวน;

Kp = 5 ขึ้นไป – พายุแม่เหล็กอ่อน (ระดับ G1)

Kp = 6 และสูงกว่า – พายุแม่เหล็กเฉลี่ย (ระดับ G2)

Kp = 7 และสูงกว่า – พายุแม่เหล็กแรงสูง (ระดับ G3) เกิดอุบัติเหตุได้สุขภาพเสื่อมโทรมของคนที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ

Kp = 8 และสูงกว่า – พายุแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมาก (ระดับ G4)

Kp = 9 – พายุแม่เหล็กแรงสูงอย่างยิ่ง (ระดับ G5) – ค่าสูงสุดที่เป็นไปได้

ติดตามสถานะของสนามแม่เหล็กและพายุแม่เหล็กออนไลน์ได้ที่นี่:

จากผลการศึกษาจำนวนมากที่สถาบันวิจัยอวกาศ (IKI) สถาบันแม่เหล็กโลก ไอโอโนสเฟียร์ และการแพร่กระจายคลื่นวิทยุ (IZMIRAN) สถาบันการแพทย์ พวกเขา. Sechenov และสถาบันปัญหาทางการแพทย์และชีววิทยาของ Russian Academy of Sciences ปรากฎว่าในระหว่างที่เกิดพายุแม่เหล็กในผู้ป่วยที่มีโรคของระบบหัวใจและหลอดเลือดโดยเฉพาะผู้ที่เป็นโรคกล้ามเนื้อหัวใจตายความดันโลหิตเพิ่มขึ้นความหนืดของเลือดเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ความเร็วของการไหลในเส้นเลือดฝอยช้าลง และโทนสีของหลอดเลือดเปลี่ยนไปและฮอร์โมนความเครียดถูกกระตุ้น

การเปลี่ยนแปลงในร่างกายของคนที่มีสุขภาพดีบางคนก็เกิดขึ้นเช่นกัน แต่ส่วนใหญ่ทำให้เกิดความเหนื่อยล้า สูญเสียความสนใจ ปวดหัว เวียนศีรษะ และไม่ก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรง ร่างกายของนักบินอวกาศมีปฏิกิริยาค่อนข้างรุนแรงมากขึ้นต่อการเปลี่ยนแปลง: พวกมันพัฒนาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะและโทนสีของหลอดเลือดเปลี่ยนไป การทดลองในวงโคจรยังแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าส่งผลเสียต่อสภาพของมนุษย์ ไม่ใช่ปัจจัยอื่นที่กระทำบนโลก แต่ไม่รวมอยู่ในอวกาศ นอกจากนี้ยังระบุ "กลุ่มเสี่ยง" อีกกลุ่มหนึ่งด้วย - คนที่มีสุขภาพแข็งแรงซึ่งมีระบบการปรับตัวมากเกินไปซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผชิญกับความเครียดเพิ่มเติม (ในกรณีนี้คือภาวะไร้น้ำหนักซึ่งส่งผลต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดด้วย)

นักวิจัยได้ข้อสรุปว่าพายุแม่เหล็กโลกทำให้เกิดความเครียดในการปรับตัวเช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงเขตเวลาอย่างรวดเร็ว ซึ่งขัดขวางจังหวะการเต้นของหัวใจทางชีวภาพของบุคคล เปลวสุริยะอย่างกะทันหันและการปรากฏอื่น ๆ ของกิจกรรมสุริยะทำให้จังหวะของสนามแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ซึ่งทำให้สัตว์และผู้คนรบกวนจังหวะของตัวเองและสร้างความเครียดในการปรับตัว

คนที่มีสุขภาพดีสามารถรับมือกับมันได้ค่อนข้างง่าย แต่สำหรับผู้ที่มีโรคของระบบหัวใจและหลอดเลือดที่มีระบบการปรับตัวที่มากเกินไปและสำหรับทารกแรกเกิดอาจเป็นอันตรายได้

ไม่สามารถคาดเดาคำตอบได้ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: ขึ้นอยู่กับสภาพของบุคคล, ลักษณะของพายุ, สเปกตรัมความถี่ของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ยังไม่ทราบว่าการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกส่งผลต่อกระบวนการทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นในร่างกายอย่างไร: สิ่งที่ตัวรับสัญญาณของเครื่องรับสัญญาณธรณีแม่เหล็กคืออะไร ไม่ว่าบุคคลจะตอบสนองต่อการสัมผัสรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งร่างกาย อวัยวะส่วนบุคคล หรือ แม้กระทั่งเซลล์แต่ละเซลล์ ปัจจุบันเพื่อศึกษาอิทธิพลของกิจกรรมแสงอาทิตย์ที่มีต่อผู้คน สถาบันวิจัยอวกาศจึงได้เปิดห้องปฏิบัติการทางชีววิทยาด้านชีววิทยา

9. N.V. โคโรนอฟสกี้ สนามแม่เหล็กแห่งธรณีวิทยาในอดีตของโลก // มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก เอ็ม.วี. โลโมโนซอฟ วารสารการศึกษาของโซรอส, N5, 1996, หน้า. 56-63

สนามแม่เหล็กโลก

ประเด็นหลักที่กล่าวถึงในการบรรยาย:

1. ธรรมชาติของภูมิแม่เหล็กโลก

2. องค์ประกอบของสนามแม่เหล็กโลก

3. โครงสร้างของสนามแม่เหล็กโลก

4. แมกนีโตสเฟียร์และแถบรังสีของโลก

5. การแปรผันทางโลกของสนามแม่เหล็กโลก

6. ความผิดปกติของสนามแม่เหล็กโลก

1. ธรรมชาติของภูมิแม่เหล็กโลกแม่เหล็กโลกหรือแม่เหล็กโลกเป็นสมบัติของโลกในฐานะเทห์ฟากฟ้าที่กำหนดการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กรอบๆ ธรณีแม่เหล็กวิทยาเป็นศาสตร์แห่งโลก

ทฤษฎีไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้ามีพื้นฐานอยู่บนข้อเท็จจริงที่นักธรณีฟิสิกส์กำหนดไว้ว่าที่ระดับความลึก 2,900 กม. มีแกนกลาง “ของเหลว” ของโลกที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี (106–105 S/m)

แนวคิดเรื่องไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าถูกเสนอครั้งแรกในปี พ.ศ. 2462 โดยลาร์มอร์ในอังกฤษเพื่ออธิบายแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ใน Earth's Magnetism (1947) นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya. I. Frenkel ได้แสดงความคิดที่ว่าการพาความร้อนในแกนโลกเป็นเหตุผลที่ทำให้เกิดการกระตุ้นไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าของแกนโลก

บทบัญญัติหลักของสมมติฐานไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้ามีดังต่อไปนี้

1. ต้องขอบคุณเอฟเฟกต์ไจโรแมกเนติก (จากกรีกไจโร - การหมุน, การหมุน) และการหมุนของโลกในระหว่างการก่อตัวทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอมากเกิดขึ้นได้ เอฟเฟกต์ไจโรแมกเนติกคือการทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวเฟอร์โรแมกเนติกเนื่องจากการหมุนและการหมุนของพวกมันภายใต้สภาวะการทำให้เป็นแม่เหล็กบางอย่าง เอฟเฟกต์ไจโรแมกเนติกเผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์เชิงกลและโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอม

2. การมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระในแกนกลางและการหมุนของโลกในสนามแม่เหล็กที่อ่อนเช่นนี้ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำของกระแสไฟฟ้าไหลวนในแกนกลาง

3. กระแสเอ็ดดี้เหนี่ยวนำจะสร้าง (สร้าง) สนามแม่เหล็ก ดังที่เกิดขึ้นในไดนาโม การเพิ่มขึ้นของสนามแม่เหล็กโลกควรนำไปสู่การเพิ่มขึ้นใหม่ของกระแสเอ็ดดี้ในแกนกลาง และอย่างหลังควรนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของสนามแม่เหล็ก

4. กระบวนการที่คล้ายกับการฟื้นฟูจะดำเนินต่อไปจนกว่าพลังงานจะกระจายไปเนื่องจากความหนืดของแกนกลาง และความต้านทานไฟฟ้าของแกนจะถูกชดเชยด้วยพลังงานเพิ่มเติมของกระแสไหลวนและสาเหตุอื่นๆ

ดังนั้น ตามที่ Frenkel กล่าว แกนของโลกจึงเป็นเครื่องกำเนิดเทอร์โบธรรมชาติชนิดหนึ่ง บทบาทของกังหันในนั้นเล่นโดยการไหลของความร้อน: พวกมันยกโลหะหลอมเหลวจำนวนมากซึ่งมีคุณสมบัติเป็นของเหลวจากส่วนลึกของแกนขึ้นไปตามรัศมี ยิ่งอนุภาคชั้นบนที่เย็นกว่าและหนักกว่าจะจมลง แรงคอริออลิส “หมุน” พวกมันไปรอบแกนโลก ทำให้เกิดขดลวดขนาดยักษ์ภายใน “ไดนาโมของโลก” ในกระแสโลหะร้อนที่ไหลแบบปิดเหล่านี้ เช่นเดียวกับการหมุนของลวดบนกระดองของไดนาโมธรรมดา กระแสเหนี่ยวนำน่าจะเกิดขึ้นมานานแล้ว มันค่อยๆ ดึงดูดแกนโลกให้เป็นแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่อ่อนมากในช่วงแรกมีความเข้มข้นมากขึ้น จนกระทั่งเมื่อเวลาผ่านไปถึงค่าจำกัด ขีดจำกัดนี้มาถึงแล้วในอดีตอันไกลโพ้น แม้ว่าเครื่องกำเนิดเทอร์โบของโลกจะยังคงทำงานต่อไป แต่พลังงานจลน์ของการไหลของโลหะเหลวจะไม่ถูกใช้ไปกับการทำให้แกนกลางของโลกเป็นแม่เหล็กอีกต่อไป แต่จะถูกแปลงเป็นความร้อนทั้งหมด

สนามแม่เหล็กของโลกมีอยู่ประมาณ 3 พันล้านปี ซึ่งมีอายุน้อยกว่าอายุประมาณ 1.5 พันล้านปี ซึ่งหมายความว่ามันไม่ได้มีอยู่จริง และหากไม่มีกลไกการฟื้นฟู ก็ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของโลก

2. องค์ประกอบของสนามแม่เหล็กโลกในแต่ละจุดบนพื้นผิวโลก สนามแม่เหล็กจะมีลักษณะเฉพาะด้วยเวกเตอร์ความเข้มรวม Ht ขนาดและทิศทางที่กำหนดโดยองค์ประกอบทั้งสามของแม่เหล็กโลก องค์ประกอบแนวนอนของความตึงเครียด H การเบี่ยงเบนแม่เหล็ก D และความเอียง I การเบี่ยงเบนแม่เหล็กคือมุมในระนาบแนวนอนระหว่างเส้นเมอริเดียนทางภูมิศาสตร์และแม่เหล็ก ความเอียงของสนามแม่เหล็กคือมุมในระนาบแนวตั้งระหว่างระนาบแนวนอนกับทิศทางของเวกเตอร์เต็ม Ht

ปริมาณ H, X, Y, Z, D และ I เรียกว่าองค์ประกอบของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดิน ในขณะที่องค์ประกอบ H, X, Y และ Z เรียกว่าองค์ประกอบแรงของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดิน และ D และฉันเรียกว่าเชิงมุม ส่วนประกอบ

เวกเตอร์รวมของความแรงของสนามแม่เหล็กของโลก Ht ส่วนประกอบของแรง H, X, Y และ Z มีมิติ A/m ความชัน D และความเอียง I คือ องศาเชิงมุม นาที และวินาที ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกค่อนข้างต่ำ: เวกเตอร์ Ht ทั้งหมดแปรผันจาก 52.5 A/m ที่ขั้วโลกเป็น 26.3 A/m ที่เส้นศูนย์สูตร

ข้าว. 5.1 – องค์ประกอบของแม่เหล็กโลก

ค่าสัมบูรณ์ขององค์ประกอบของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินมีขนาดเล็กดังนั้นจึงใช้เครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงในการวัด - แมกนีโตมิเตอร์และวาริโอมิเตอร์แม่เหล็ก มีวาริโอมิเตอร์สำหรับการวัดค่า H และค่า Z เส้นที่เชื่อมต่อจุดบนแผนที่ที่มีการเอียง D เท่ากันเรียกว่า isogon โดยมีความเอียง I - isoclines เหมือนกันโดยมี H หรือ Z เท่ากัน - isodynes ขององค์ประกอบแนวนอนหรือแนวตั้งของเวกเตอร์แรงดึงทั้งหมด Ht และมี X หรือ Y เท่ากัน - ไอโซไดน์ของส่วนประกอบทางเหนือหรือตะวันออก ค่าขององค์ประกอบของแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นแผนที่แม่เหล็กจึงได้รับการอัปเดตทุก ๆ ห้าปี

3. โครงสร้างของสนามแม่เหล็กโลกสนามแม่เหล็กของโลกมีโครงสร้างต่างกัน ประกอบด้วยสองส่วน: ฟิลด์คงที่และฟิลด์สลับ สนามคงที่มีสาเหตุมาจากแหล่งกำเนิดแม่เหล็กภายใน แหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้ากระแสสลับคือกระแสไฟฟ้าในชั้นบนของบรรยากาศ - ไอโอโนสเฟียร์และแมกนีโตสเฟียร์ ในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กคงที่จะไม่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันและประกอบด้วยหลายส่วน ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว สนามแม่เหล็กของโลกจึงประกอบด้วยสนามดังต่อไปนี้:

ไม่ =Ho+Hm+Ha+Hв+δH, (5.1)

โดยที่ Нт – ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก แต่คือความแรงของสนามไดโพลที่สร้างขึ้นโดยการดึงดูดแม่เหล็กสม่ำเสมอของโลก Nm – ความเข้มของสนามที่ไม่ใช่ไดโพลหรือภาคพื้นทวีป ที่สร้างขึ้นด้วยเหตุผลภายในเนื่องจากความหลากหลายของชั้นลึกของโลก Na คือความแรงของสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติซึ่งเกิดจากการดึงดูดที่แตกต่างกันของส่วนบนของเปลือกโลก Нв – ความแรงของสนามซึ่งมีแหล่งที่มาเกี่ยวข้องกับสาเหตุภายนอก δH - ความแรงของสนามแม่เหล็กของการแปรผันของแม่เหล็กที่เกิดจากสาเหตุภายนอก

ผลรวมของสนาม Ho+Hm=NG ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กหลักของโลก สนามที่ผิดปกติประกอบด้วยสองส่วน: สนามที่มีลักษณะเฉพาะของภูมิภาค NR และสนามที่มีลักษณะเฉพาะของท้องถิ่น (ท้องถิ่น) Нл. ความผิดปกติเฉพาะที่สามารถซ้อนทับกับความผิดปกติในระดับภูมิภาคได้ จากนั้น Ha = NR+Нл

ผลรวมของฟิลด์ Ho+Hm+Hb มักเรียกว่าฟิลด์ปกติ อย่างไรก็ตาม สนาม Hb มีส่วนช่วยเพียงเล็กน้อยต่อสนามแม่เหล็กโลก Hb โดยรวม การศึกษาสนามแม่เหล็กธรณีอย่างเป็นระบบ ตามหอดูดาวแม่เหล็กและการสำรวจแม่เหล็ก แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กภายนอกที่สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กภายในมีค่าน้อยกว่า 1% ดังนั้นจึงอาจถูกละเลยได้ ในกรณีนี้ สนามปกติเกิดขึ้นพร้อมกับสนามแม่เหล็กหลักของโลก

ขั้วแม่เหล็กโลกอยู่ในตำแหน่งที่แกนแม่เหล็กของโลกตัดกับพื้นผิวโลก แม้ว่าขั้วแม่เหล็กทิศเหนือจะอยู่ในซีกโลกใต้และทิศใต้อยู่ในซีกโลกเหนือ แต่ในชีวิตประจำวันพวกมันถูกเรียกโดยการเปรียบเทียบกับขั้วทางภูมิศาสตร์

เมื่อเวลาผ่านไป ขั้วแม่เหล็กจะเปลี่ยนตำแหน่ง ดังนั้น ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือจึงเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวโลก 20.5 ม. (7.5 กม. ต่อปี) ต่อวัน และขั้วโลกใต้ 30 ม. (11 กม. ต่อปี)

4. แมกนีโตสเฟียร์และแถบรังสีของโลกสนามแม่เหล็กของโลกไม่เพียงแต่อยู่ใกล้พื้นผิวโลกเท่านั้น แต่ยังอยู่ในระยะห่างที่ไกลจากมันด้วย ซึ่งถูกค้นพบด้วยความช่วยเหลือของจรวดอวกาศและสถานีอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ที่ระยะห่าง 10–14 รัศมีโลก สนามแม่เหล็กโลกจะบรรจบกับสนามแม่เหล็กระหว่างแผ่นและสนามของสิ่งที่เรียกว่าลมสุริยะ ลมสุริยะคือการไหลของพลาสมาจากโคโรนาสุริยะ (ก๊าซโคโรนัลที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่) สู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ความเร็วของอนุภาคลมสุริยะ (โปรตอนและอิเล็กตรอน) มีมหาศาล - ประมาณ 400 กม./วินาที จำนวนอนุภาค (คอร์ปัสเคิล) มีหลายสิบต่อ 1 ซม. 3 อุณหภูมิสูงถึง 1.5–2 ล้านองศา ที่ขอบเขตของสนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กของโลก ความเข้มจะอยู่ที่ประมาณ (0.4–0.5)·10-2 A/m

พื้นที่กระทำของสนามแม่เหล็กโลกเรียกว่าสนามแม่เหล็กและขอบเขตด้านนอกเรียกว่าสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 5.3) สนามแม่เหล็กโลกได้รับอิทธิพลอย่างมากจากลมสุริยะ แมกนีโตสเฟียร์ขยายออกไปในระยะทางอันกว้างใหญ่ โดยที่เล็กที่สุด - หันไปหาดวงอาทิตย์ - มีรัศมี 10-14 โลก ที่ใหญ่ที่สุด - ในด้านกลางคืน - ประมาณ 16 รัศมีโลก หางแม่เหล็กยังมีขนาดที่ใหญ่กว่า (ตามข้อมูลจากดาวเทียมโลกเทียม - รัศมีโลกหลายร้อยเส้น)

รูปที่ 5.3 – โครงสร้างของสนามแม่เหล็กโลก: 1 – ลมสุริยะ; 2 – โช๊คหน้า; 3 – ช่องแม่เหล็ก; 4 – แมกนีโตพอส; 5 – ขอบเขตด้านบนของช่องว่างสนามแม่เหล็กเชิงขั้ว 6 – พลาสมาแมนเทิล; 7 – แถบรังสีด้านนอกหรือพลาสมาสเฟียร์ 9 – ชั้นที่เป็นกลาง; 10 – ชั้นพลาสมา

สายพานโปรตอนภายในสูงสุดอยู่ที่ระยะทาง 3.5 รัศมีโลก (22,000 กม.) ภายในพลาสมาสเฟียร์ ใกล้กับพื้นผิวโลก มีแถบรังสีอิเล็กตรอนเส้นที่สอง ใกล้เสาเข็มขัดนี้ตั้งอยู่ที่ระยะทาง 100 กม. แต่ส่วนหลักอยู่ที่ระยะทาง 4.4 - 10,000 กม. จากพื้นผิวโลก อิเล็กตรอนที่อยู่ในนั้นมีพลังงานตั้งแต่สิบถึงหลายร้อย keV ความเข้มของการไหลของอิเล็กตรอนอยู่ที่ประมาณ 109 อนุภาคต่อ cm 2 /s กล่าวคือ ลำดับความสำคัญสูงกว่าในแถบอิเล็กตรอนด้านนอก

พลังงานรังสีในแถบรังสีค่อนข้างสูง - เทียบเท่ากับรังสีเอกซ์ทางชีวภาพหลายร้อยหรือหลายพันครั้งต่อวัน ดังนั้นยานอวกาศที่มีนักบินอวกาศอยู่บนเรือจึงถูกปล่อยสู่วงโคจรที่อยู่ใต้แถบเหล่านี้

หากไม่มีแมกนีโตสเฟียร์ กระแสของลมสุริยะและลมจักรวาลที่ไม่มีการต้านทานก็จะพุ่งขึ้นสู่พื้นผิวโลกและส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดรวมถึงมนุษย์ด้วย

5. การแปรผันทางโลกของสนามแม่เหล็กโลกกระบวนการเปลี่ยนค่าเฉลี่ยรายปีขององค์ประกอบหนึ่งหรือองค์ประกอบอื่นของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินในช่วงหลายทศวรรษและศตวรรษเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงทางโลกและการเปลี่ยนแปลงในแต่ละปีเรียกว่าเส้นทางทางโลก

ผลกระทบที่เรียกว่า "การแช่แข็งสนามแม่เหล็กเข้าไปในวัสดุ" ช่วยให้สามารถตัดสินอดีตของสนามแม่เหล็กโลก - ทิศทางและความเข้มของมัน หิน สารใดๆ ที่มีเหล็กหรือองค์ประกอบเฟอร์โรแมกเนติกอื่นๆ อยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลกอย่างต่อเนื่อง แม่เหล็กเบื้องต้นในวัสดุนี้มีแนวโน้มที่จะปรับทิศทางตามเส้นสนามแม่เหล็ก

หากวัสดุถูกให้ความร้อน จะมีจุดหนึ่งที่การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคมีพลังงานมากจนทำลายลำดับแม่เหล็ก จากนั้น เมื่อวัสดุเย็นตัวลง โดยเริ่มจากจุดกูรี (จุดกูรีคืออุณหภูมิด้านล่างซึ่งหินจะกลายเป็นเฟอร์โรแมกเนติก สำหรับเหล็กบริสุทธิ์ จุดกูรีคือ 769 ° C สำหรับแมกนีไทต์ - 580 ° C) สนามแม่เหล็กจะมีชัย เหนือพลังแห่งการเคลื่อนไหวอันวุ่นวาย แม่เหล็กพื้นฐานจะเรียงตัวกันอีกครั้งตามที่สนามแม่เหล็กบอก และจะยังคงอยู่ในตำแหน่งนี้จนกว่าร่างกายจะได้รับความร้อนอีกครั้ง ดังนั้นสนามแม่เหล็กโลกจึงดูเหมือนจะ "แข็งตัว" ลงในวัสดุ

ปัจจุบัน สนามแม่เหล็กโลกลดลง 2.5% ต่อ 100 ปี และในอีกประมาณ 4,000 ปี หากธรรมชาติของการลดลงนี้ไม่เปลี่ยนแปลง ก็ควรจะลดลงเหลือศูนย์ อย่างไรก็ตามนักบรรพชีวินวิทยายืนยันว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น

ถ้าเรารวมเส้นโค้งวัฏจักรทั้งหมดเข้ากับคาบการสั่นของสนามแม่เหล็กโลกที่แตกต่างกัน เราจะได้สิ่งที่เรียกว่าเส้นโค้ง "เรียบหรือเฉลี่ย" ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันค่อนข้างดีกับไซนัสอยด์ที่มีคาบ 8,000 ปี ปัจจุบัน ค่ารวมของการแกว่งของสนามแม่เหล็กอยู่ที่ส่วนจากมากไปน้อยของไซนัสอยด์

ระยะเวลาที่แตกต่างกันของการแกว่งของสนามแม่เหล็กโลกนั้นอธิบายได้อย่างชัดเจนจากการขาดสมดุลในส่วนที่เคลื่อนไหวของไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าและค่าการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

การผกผันคือการแลกเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กในสถานที่ต่างๆ ในระหว่างการกลับขั้ว ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งทิศใต้ และทิศใต้ไปยังตำแหน่งทิศเหนือ

บางครั้งแทนที่จะกลับกันพวกเขาพูดถึงการ "กระโดด" ของเสา อย่างไรก็ตามคำนี้ที่เกี่ยวข้องกับเสาไม่เหมาะสมโดยสิ้นเชิงเนื่องจากเสาไม่เคลื่อนที่เร็วนัก - ตามการประมาณการบางอย่าง "การกระโดด" กินเวลา 5 หรือ 10,000 ปี

ในช่วง 600,000 ปีที่ผ่านมามีการสร้างการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลก 12 ยุค (Gottenborg - 10-12,000 ปี, Lachami - 20-24,000 ปี ฯลฯ ) เป็นลักษณะเฉพาะที่การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาภูมิอากาศและชีววิทยาที่สำคัญบนโลกเกิดขึ้นพร้อมกับยุคเหล่านี้

6. ความผิดปกติของสนามแม่เหล็กโลกความผิดปกติของสนามแม่เหล็กคือการเบี่ยงเบนของค่าขององค์ประกอบของสนามแม่เหล็กของโลกจากค่าปกติที่จะสังเกตได้ในสถานที่ที่กำหนดในกรณีของการดึงดูดสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอของโลก

หากตรวจพบการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของการเอียงและความเอียงของสนามแม่เหล็กในสถานที่ใดๆ แสดงว่าหินที่มีแร่ธาตุเฟอร์โรแมกเนติกถูกซ่อนอยู่ใต้พื้นผิวโลก ซึ่งรวมถึงแมกนีไทต์ ไททาโนแมกเนไทต์ ออกไซด์ ฯลฯ แมกนีไทต์มีความไวต่อแม่เหล็กมากที่สุด ดังนั้นความผิดปกติจำนวนมากจึงสัมพันธ์กับการมีอยู่ของมันในหิน

ความผิดปกติของสนามแม่เหล็กจะแบ่งออกเป็นทวีป ภูมิภาค และท้องถิ่น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาด ความผิดปกติของภาคพื้นทวีปเป็นผลมาจากการมีกระแสน้ำวนอันทรงพลังอยู่ใต้ศูนย์กลางของมัน สาเหตุของความผิดปกติในระดับภูมิภาคและท้องถิ่นคือหินที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเพิ่มขึ้น หินเหล่านี้ซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กของโลก จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและสร้างสนามแม่เหล็กเพิ่มเติม

คุณสมบัติของแม่เหล็กมีอยู่ในหินทั้งหมดในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น เมื่อหินใดๆ วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก แต่ละองค์ประกอบของปริมาตรของมันจะกลายเป็นแม่เหล็ก ความสามารถของสารในการเปลี่ยนการเป็นแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอกเรียกว่าความไวต่อแม่เหล็ก สารธรรมชาติทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามกลุ่มขึ้นอยู่กับค่าตัวเลขและสัญญาณของความไวต่อแม่เหล็ก: ไดแม่เหล็ก, พาราแมกเนติก, เฟอร์โรแมกเนติก ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับสารไดอะแมกเนติก ความไวต่อแม่เหล็กจะเป็นลบ และสำหรับสารพาราแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติกจะเป็นค่าบวก

สำหรับสารไดแม่เหล็ก (ควอตซ์ หินอ่อน กราไฟท์ ทองแดง ทอง เงิน ตะกั่ว น้ำ ฯลฯ) การทำให้เป็นแม่เหล็กจะแปรผันตามความแรงของสนามแม่เหล็กและพุ่งเข้าหาสารนั้น สารไดอะแมกเนติกทำให้สนามแม่เหล็กโลกอ่อนตัวลงและมีส่วนทำให้เกิดความผิดปกติของสนามแม่เหล็กเชิงลบ

ในสารพาราแมกเนติก (หินแปรและหินอัคนี โลหะอัลคาไล ฯลฯ) การทำให้เป็นแม่เหล็กยังแปรผันตามความแรงของสนามแม่เหล็กด้วย แต่ต่างจากสารไดแมกเนติกตรงที่มีทิศทางเดียวกันกับมัน ในสารเฟอร์โรแมกเนติก (เหล็ก นิกเกิล โคบอลต์ ฯลฯ) การทำให้เกิดแม่เหล็กจะมีค่ามากกว่าในสารที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและพาราแมกเนติกอย่างมาก ซึ่งไม่ได้เป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็ก และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและ "ยุคก่อนประวัติศาสตร์แม่เหล็ก" ของสารอย่างมาก .

การสนับสนุนหลักในการสร้างความผิดปกติของสนามแม่เหล็กนั้นเกิดจากแร่เฟอร์โรแมกเนติก (แม่เหล็ก ไททาโนแมกเนติก อิลเมไนต์ ฯลฯ) และหินที่น่าภาคภูมิใจที่บรรจุพวกมัน เนื่องจากโดยทั่วไป ความไวต่อสนามแม่เหล็กของหินจะแปรผันภายในขอบเขตกว้าง (ล้านครั้ง) ความเข้มของความผิดปกติของสนามแม่เหล็กจึงแปรผันภายในขอบเขตกว้างเช่นกัน

สนามแม่เหล็กสลับของโลกแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กสลับตั้งอยู่นอกอวกาศของโลก โดยกำเนิดพวกมันเป็นกระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศสูง (จากหนึ่งร้อยถึงหลายพันกิโลเมตร) กระแสเหนี่ยวนำเกิดขึ้นจากการไหลของพลาสมา - การไหลของอนุภาคที่มีประจุของสัญญาณทั้งสอง (คอร์ปัสเคิล) ที่บินจากดวงอาทิตย์ เมื่อเจาะเข้าไปในสนามแม่เหล็กของโลก คอร์ปัสเคิลจะถูกจับโดยมันและทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนหลายประการ เช่น การแตกตัวเป็นไอออนในชั้นบรรยากาศ แสงออโรร่า การก่อตัวของแถบรังสีของโลก เป็นต้น

สนามแม่เหล็กสลับถูกซ้อนทับบนสนามแม่เหล็กหลักของโลก และทำให้เกิดการแปรผันต่างๆ ตามเวลา บางอย่างเกิดขึ้นอย่างราบรื่นและเป็นไปตามรูปแบบบางอย่าง สิ่งเหล่านี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ (ไม่ถูกรบกวน) อย่างอื่นมีลักษณะที่วุ่นวายพารามิเตอร์ของสนามแม่เหล็กโลก (คาบ, แอมพลิจูด, เฟส) เปลี่ยนแปลงค่าของมันอย่างต่อเนื่องและอย่างรวดเร็ว

การแปรผันรายวันของดวงอาทิตย์คือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินโดยมีระยะเวลาเท่ากับความยาวของวันสุริยะ ความแปรผันของแสงอาทิตย์รายวันในองค์ประกอบของแม่เหล็กโลกขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและละติจูดทางภูมิศาสตร์ เนื่องจากสิ่งเหล่านั้นถูกกำหนดโดยความเข้มของรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์ และด้วยเหตุนี้ โดยตำแหน่งของโลกที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ เป็นลักษณะเฉพาะที่ระยะของการแกว่งทั้งในละติจูดและในช่วงเวลาของปียังคงไม่เปลี่ยนแปลง โดยหลักแล้ว แอมพลิจูดของการแกว่งจะเปลี่ยนไป

การแปรผันระหว่างดวงจันทร์และกลางวันในองค์ประกอบของแม่เหล็กโลกสัมพันธ์กับตำแหน่งของดวงจันทร์สัมพันธ์กับขอบฟ้า และเกิดจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ต่อชั้นบรรยากาศของโลก ความแปรผันในแต่ละวันของดวงจันทร์ในองค์ประกอบของแม่เหล็กโลกมีขนาดเล็ก โดยคิดเป็นสัดส่วนเพียง 10–15% ของการแปรผันรายวันของดวงอาทิตย์

การสั่นแบบไม่เป็นคาบที่ถูกรบกวน ได้แก่ พายุแม่เหล็ก ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของพวกเขาคือความฉับพลันของการปรากฏตัวของพวกเขา เมื่อเทียบกับพื้นหลังของสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างสงบ เกือบจะในเวลาเดียวกันทั่วโลก องค์ประกอบทั้งหมดของแม่เหล็กโลกเปลี่ยนค่าของมันอย่างกะทันหัน และเส้นทางต่อไปของพายุก็ประสบการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องมาก

ขึ้นอยู่กับความรุนแรง (แอมพลิจูด) พายุแม่เหล็กมักจะแบ่งออกเป็นพายุอ่อน ปานกลาง และใหญ่ แอมพลิจูดขององค์ประกอบของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินระหว่างพายุแม่เหล็กขนาดใหญ่มากมีค่าความเบี่ยงเบนของสนามแม่เหล็กหลายองศา และ –2–4 A/m หรือมากกว่าสำหรับส่วนประกอบแนวตั้งและแนวนอน ความรุนแรงของพายุจะเพิ่มขึ้นจากละติจูดธรณีแม่เหล็กต่ำไปสูง โดยปกติพายุจะมีระยะเวลาหลายวัน ความถี่และความแรงของพายุแม่เหล็กขึ้นอยู่กับกิจกรรมสุริยะ

ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักวิทยาศาสตร์เริ่มได้รับประโยชน์ในทางปฏิบัติจากพายุแม่เหล็ก โดยสามารถใช้พายุเหล่านี้เพื่อ “สำรวจ” โลกได้ลึกมาก วิธีการศึกษาการตกแต่งภายในของโลกโดยใช้การรบกวนทางแม่เหล็กเรียกว่าการทำให้เกิดเสียงแบบแม่เหล็กเทลลูริก เนื่องจากจะพิจารณาการรบกวนทางแม่เหล็กและกระแสเทลลูริก (เช่น บนบก) ที่เกิดจากสิ่งเหล่านั้นในโลกไปพร้อมๆ กัน อันเป็นผลมาจากเสียงแม่เหล็กเทลลูริกเป็นที่ยอมรับว่าที่ระดับความลึก 300–400 กม. ค่าการนำไฟฟ้าของโลกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ลึกลงไปถึงระดับความลึกเหล่านี้ โลกก็เปรียบเสมือนฉนวนไฟฟ้า

คุณจะได้เรียนรู้จากบทความนี้ว่าสนามแม่เหล็กโลกจำเป็นอย่างไร

สนามแม่เหล็กโลกมีค่าเท่าใด?

ประการแรกช่วยปกป้องดาวเทียมเทียมและผู้อยู่อาศัยในโลกจากการกระทำของอนุภาคจากอวกาศ ซึ่งรวมถึงอนุภาคที่มีประจุและแตกตัวเป็นไอออนของลมสุริยะ เมื่อพวกมันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของเรา สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนวิถีของมันและเคลื่อนไปตามเส้นสนาม

นอกจากนี้ เราเข้าสู่ยุคของเทคโนโลยีใหม่ด้วยสนามแม่เหล็กของเรา อุปกรณ์ที่ทันสมัยและล้ำหน้าทั้งหมดที่ทำงานโดยใช้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหน่วยความจำที่หลากหลาย (ดิสก์ การ์ด) ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กโดยตรง ความตึงเครียดและเสถียรภาพของมันส่งผลโดยตรงต่อข้อมูลและระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมดเนื่องจากข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่เหมาะสมจะอยู่บนสื่อแม่เหล็ก

ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าความเจริญรุ่งเรืองของอารยธรรมสมัยใหม่ "ความมีชีวิต" ของเทคโนโลยีนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของสนามแม่เหล็กของโลกเราอย่างใกล้ชิด

สนามแม่เหล็กของโลกคืออะไร?

สนามแม่เหล็กโลกคือบริเวณรอบโลกที่แรงแม่เหล็กกระทำ

สำหรับที่มาของมันนั้น ปัญหานี้ยังไม่ได้รับการแก้ไขในที่สุด แต่นักวิจัยส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าโลกของเรามีสนามแม่เหล็กอยู่ที่แกนกลางของมัน ประกอบด้วยส่วนของแข็งด้านในและส่วนของเหลวด้านนอก การหมุนของโลกทำให้เกิดกระแสคงที่ในแกนกลางของเหลว และสิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กรอบตัวพวกเขา

ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ในระบบสุริยะมีสนามแม่เหล็กอยู่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น หากคุณวางพวกมันเรียงกันเพื่อลดโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็ก คุณจะได้ภาพดังต่อไปนี้: ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ โลก ดาวพุธ และดาวอังคาร สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดสิ่งนี้คือการมีแกนของเหลว

ในช่วงไม่กี่วันที่ผ่านมา มีข่าวจำนวนมากเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโลกปรากฏบนเว็บไซต์ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ข่าวที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเร็วๆ นี้ หรือสนามแม่เหล็กมีส่วนทำให้ออกซิเจนรั่วไหลจากชั้นบรรยากาศโลก หรือแม้แต่วัวในทุ่งหญ้าจะวางตัวตามแนวเส้นของสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กคืออะไร และข่าวทั้งหมดนี้สำคัญแค่ไหน?

คือพื้นที่รอบโลกของเราซึ่งมีแรงแม่เหล็กทำงาน คำถามเกี่ยวกับกำเนิดของสนามแม่เหล็กยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยส่วนใหญ่เห็นพ้องกันว่าการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกอย่างน้อยส่วนหนึ่งก็เนื่องมาจากแกนกลางของมัน แกนโลกประกอบด้วยส่วนภายในที่เป็นของแข็งและส่วนภายนอกที่เป็นของเหลว การหมุนของโลกทำให้เกิดกระแสคงที่ในแกนกลางของเหลว ดังที่ผู้อ่านอาจจำได้จากบทเรียนฟิสิกส์ การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าส่งผลให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัว

หนึ่งในทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุดที่อธิบายธรรมชาติของสนาม ทฤษฎีเอฟเฟกต์ไดนาโม สันนิษฐานว่าการเคลื่อนที่ของการพาความร้อนหรือปั่นป่วนของของไหลนำไฟฟ้าในแกนกลางมีส่วนทำให้เกิดการกระตุ้นตนเองและการรักษาสนามให้อยู่ในสภาพนิ่ง

โลกถือได้ว่าเป็นไดโพลแม่เหล็ก ขั้วโลกใต้ตั้งอยู่ที่ขั้วโลกเหนือตามภูมิศาสตร์ และขั้วโลกเหนือตามลำดับอยู่ที่ขั้วโลกใต้

ในความเป็นจริง ขั้วทางภูมิศาสตร์และขั้วแม่เหล็กของโลกไม่ตรงกันไม่เพียงแต่ใน "ทิศทาง" เท่านั้น แกนสนามแม่เหล็กจะเอียงสัมพันธ์กับแกนการหมุนของโลก 11.6 องศา เนื่องจากความแตกต่างไม่มีนัยสำคัญมาก เราจึงใช้เข็มทิศได้ ลูกศรของมันชี้ไปที่ขั้วโลกแม่เหล็กใต้ของโลกอย่างแม่นยำและเกือบจะตรงกับขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์

นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ปฏิเสธว่าดาวเคราะห์บางดวงบนโลกไม่มีแกนกลางของโลหะ ดังนั้นจึงขาดสนามแม่เหล็ก จนถึงขณะนี้ ดาวเคราะห์ที่ทำจากหินแข็ง เช่น โลก เชื่อกันว่ามีสามชั้นหลัก ได้แก่ เปลือกแข็ง เปลือกโลกที่มีความหนืด และแกนเหล็กที่เป็นของแข็งหรือหลอมเหลว ในรายงานล่าสุด นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์เสนอกลไกที่เป็นไปได้สองประการสำหรับการก่อตัวของดาวเคราะห์ "หิน" ที่ไม่มีแกนกลาง หากการคำนวณทางทฤษฎีของนักวิจัยได้รับการยืนยันโดยการสังเกต จะต้องเขียนสูตรในการคำนวณความน่าจะเป็นที่จะพบกับมนุษย์ในจักรวาลหรืออย่างน้อยก็บางอย่างที่ชวนให้นึกถึงภาพประกอบจากหนังสือเรียนชีววิทยา

มนุษย์โลกอาจสูญเสียการป้องกันทางแม่เหล็กด้วย จริงอยู่ นักธรณีฟิสิกส์ยังไม่สามารถบอกได้อย่างแน่ชัดว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใด ความจริงก็คือขั้วแม่เหล็กของโลกไม่คงที่ พวกเขาเปลี่ยนสถานที่เป็นระยะ ไม่นานมานี้ นักวิจัยพบว่าโลก “จดจำ” การกลับขั้ว การวิเคราะห์ "ความทรงจำ" ดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าในช่วง 160 ล้านปีที่ผ่านมา แม่เหล็กเหนือและใต้ได้เปลี่ยนสถานที่ประมาณ 100 ครั้ง

ครั้งสุดท้ายที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นคือประมาณ 720,000 ปีก่อน

การเปลี่ยนแปลงของขั้วจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของสนามแม่เหล็ก

ในขณะนี้ เป็นการยากที่จะบอกว่าสิ่งนี้เป็นภัยคุกคามต่อมนุษยชาติอย่างไร ผลที่ตามมาประการหนึ่งจากความแรงของสนามแม่เหล็กที่อ่อนลงอาจเป็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลก (แม้ว่าจะไม่มีนัยสำคัญก็ตาม) การเชื่อมต่อระหว่างสนามแม่เหล็กของโลกกับก๊าซนี้เกิดขึ้นโดยใช้ระบบดาวเทียมคลัสเตอร์ซึ่งเป็นโครงการขององค์การอวกาศยุโรป

นักวิทยาศาสตร์พบว่าสนามแม่เหล็กเร่งไอออนออกซิเจนและ "พ่น" พวกมันออกสู่อวกาศ

แม้ว่าจะไม่สามารถมองเห็นสนามแม่เหล็กได้ แต่ผู้คนในโลกก็รู้สึกดี ตัวอย่างเช่น นกอพยพหาทางโดยมุ่งความสนใจไปที่มัน มีหลายสมมติฐานที่อธิบายว่าพวกเขาสัมผัสสนามได้แม่นยำเพียงใด ข้อมูลล่าสุดประการหนึ่งแสดงให้เห็นว่านกรับรู้สนามแม่เหล็กด้วยสายตา โปรตีนพิเศษ - cryptochromes - ในสายตาของนกอพยพสามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก ผู้เขียนทฤษฎีเชื่อว่า cryptochromes สามารถทำหน้าที่เป็นเข็มทิศได้

นอกจากนกแล้ว เต่าทะเลยังใช้สนามแม่เหล็กของโลกแทน GPS

และจากการวิเคราะห์ภาพถ่ายดาวเทียมที่นำเสนอโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Google Earth พบว่ามีวัว หลังจากศึกษาภาพถ่ายวัว 8,510 ตัวในพื้นที่ 308 แห่งของโลก นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าสัตว์เหล่านี้จัดตำแหน่งลำตัวของพวกมันจากเหนือลงใต้ (หรือจากใต้ไปเหนือ) เป็นพิเศษ ยิ่งไปกว่านั้น “จุดอ้างอิง” สำหรับวัวไม่ได้อิงตามภูมิศาสตร์ แต่เป็นขั้วแม่เหล็กของโลก กลไกที่วัวรับรู้สนามแม่เหล็กและสาเหตุของปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็กนี้ยังไม่ชัดเจน

นอกจากคุณสมบัติที่โดดเด่นที่ระบุไว้แล้ว สนามแม่เหล็กยังก่อให้เกิดแสงออโรร่าอีกด้วย เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในสนามที่เกิดขึ้นในพื้นที่ห่างไกลของสนาม

สนามแม่เหล็กไม่ได้ถูกมองข้ามโดยผู้สนับสนุนหนึ่งใน "ทฤษฎีสมรู้ร่วมคิด" - ทฤษฎีการหลอกลวงทางจันทรคติ ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น สนามแม่เหล็กปกป้องเราจากอนุภาคจักรวาล อนุภาคที่ "สะสม" จะสะสมอยู่ในบางส่วนของสนามซึ่งเรียกว่าแถบรังสีแวนอเลน ผู้คลางแคลงใจที่ไม่เชื่อในความเป็นจริงของการเหยียบดวงจันทร์เชื่อว่านักบินอวกาศจะได้รับรังสีในปริมาณที่ร้ายแรงระหว่างการบินผ่านแถบรังสี

ที่ระยะห่างจากพื้นผิวโลกเพียงเล็กน้อย เส้นสนามแม่เหล็กจะมีรัศมีประมาณ 3 เส้นมีการจัดเรียงแบบไดโพล ภูมิภาคนี้เรียกว่าพลาสมาสเฟียร์ของโลก

เมื่อคุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิวโลก อิทธิพลของลมสุริยะจะเพิ่มขึ้น โดยที่ด้านดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กโลกจะบีบอัด และด้านตรงข้ามคือด้านกลางคืนจะขยายเป็นหางยาว

พลาสโมสเฟียร์

กระแสในชั้นบรรยากาศรอบนอกมีผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดต่อสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลก ภูมิภาคบรรยากาศชั้นบนนี้ขยายจากระดับความสูงประมาณ 100 กม. ขึ้นไป ประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก พลาสมาถูกยึดโดยสนามแม่เหล็กของโลก แต่สถานะของมันจะถูกกำหนดโดยอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กโลกกับลมสุริยะ ซึ่งอธิบายความเชื่อมโยงระหว่างพายุแม่เหล็กบนโลกกับเปลวสุริยะ

ตัวเลือกฟิลด์

จุดบนโลกที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กมีทิศทางแนวตั้งเรียกว่าขั้วแม่เหล็ก มีจุดดังกล่าวอยู่สองจุดบนโลก: ขั้วแม่เหล็กเหนือและขั้วแม่เหล็กใต้

เส้นตรงที่ผ่านขั้วแม่เหล็กเรียกว่าแกนแม่เหล็กของโลก วงกลมใหญ่ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนแม่เหล็กเรียกว่าเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กที่จุดเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กมีทิศทางแนวนอนโดยประมาณ

ความแรงของสนามแม่เหล็กเฉลี่ยที่พื้นผิวโลกอยู่ที่ประมาณ 0.5 Oe (40 A/m) และขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์เป็นอย่างมาก ความแรงของสนามแม่เหล็กที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กมีค่าประมาณ 0.34 Oe (เออร์สเตด) ที่ขั้วแม่เหล็กมีค่าประมาณ 0.66 Oe ในบางพื้นที่ (ในพื้นที่ที่เรียกว่าความผิดปกติของแม่เหล็ก) ความตึงเครียดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในบริเวณที่มีความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์ถึง 2 Oe

โมเมนต์แม่เหล็กไดโพลของโลกในปี 1995 อยู่ที่ 7.812x10 25 G cm 3 (หรือ 7.812x10 22 A m 2) ลดลงโดยเฉลี่ยในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา 0.004x10 25 G cm 3 หรือ 1/4000 ต่อปี

การประมาณสนามแม่เหล็กโลกโดยทั่วไปอยู่ในรูปของอนุกรมฮาร์มอนิก - อนุกรมเกาส์เซียน

สนามแม่เหล็กของโลกมีลักษณะเฉพาะโดยการรบกวนที่เรียกว่าการเต้นของคลื่นแม่เหล็กโลก เนื่องจากการกระตุ้นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กโลก ช่วงความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะขยายจากมิลลิเฮิรตซ์ถึงหนึ่งกิโลเฮิรตซ์

เส้นเมริเดียนแม่เหล็ก

เส้นเมอริเดียนแม่เหล็กคือเส้นโครงของเส้นสนามแม่เหล็กของโลกลงบนพื้นผิว เส้นโค้งที่ซับซ้อนมาบรรจบกันที่ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ของโลก

สมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลก

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการพัฒนาสมมติฐานที่เชื่อมโยงการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโลกกับการไหลของกระแสในแกนโลหะเหลว

มีการคำนวณว่าโซนที่กลไก "ไดนาโมแม่เหล็ก" ทำงานอยู่ที่ระยะทาง 0.25-0.3 รัศมีของโลก กลไกการสร้างสนามแม่เหล็กที่คล้ายกันอาจเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์ดวงอื่น โดยเฉพาะในแกนกลางของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ (ตามสมมติฐานบางประการ ประกอบด้วยไฮโดรเจนที่เป็นโลหะเหลว)

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลก

การศึกษาการดึงดูดของสนามแม่เหล็กที่เหลือซึ่งได้มาจากหินอัคนีเมื่อพวกมันเย็นตัวลงต่ำกว่าจุดกูรี บ่งชี้ถึงการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลกซ้ำแล้วซ้ำเล่า ซึ่งบันทึกไว้ในแถบแม่เหล็กที่ผิดปกติของเปลือกโลกในมหาสมุทร ซึ่งขนานกับแกนของสันเขากลางมหาสมุทร

การก่อตัวของแถบแม่เหล็กผิดปกติระหว่างการแพร่กระจาย

การเคลื่อนตัวของขั้วแม่เหล็กโลก

การเคลื่อนตัวของขั้วแม่เหล็กมีการบันทึกมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2428 ตลอด 100 ปีที่ผ่านมา ขั้วแม่เหล็กในซีกโลกใต้ได้เคลื่อนตัวไปเกือบ 900 กม. และเข้าสู่มหาสมุทรอินเดีย ข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับสถานะของขั้วแม่เหล็กอาร์กติก (เคลื่อนไปทางความผิดปกติของแม่เหล็กโลกไซบีเรียตะวันออกผ่านมหาสมุทรอาร์กติก) แสดงให้เห็นว่าตั้งแต่ปี 1973 ถึง 1984 การเดินทางคือ 120 กม. จากปี 1984 ถึง 1994 - มากกว่า 150 กม. แม้ว่าข้อมูลเหล่านี้จะได้รับการคำนวณ แต่ก็ได้รับการยืนยันจากการวัดขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ จากข้อมูลเมื่อต้นปี พ.ศ. 2550 ความเร็วดริฟท์ของขั้วแม่เหล็กทิศเหนือเพิ่มขึ้นจาก 10 กม./ปีในช่วงทศวรรษที่ 70 เป็น 60 กม./ปีในปี พ.ศ. 2547

ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกกำลังลดลงและไม่สม่ำเสมอ

สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการเพิ่มขึ้นของมุมเปิดของจุดยอด (ช่องว่างขั้วโลกในสนามแม่เหล็กทางตอนเหนือและใต้) ที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน ซึ่งสูงถึง 45° ในช่วงกลางทศวรรษที่ 90 วัสดุรังสีจากลมสุริยะ พื้นที่ระหว่างดาวเคราะห์ และรังสีคอสมิกพุ่งเข้าไปในช่องว่างที่กว้างขึ้น ซึ่งส่งผลให้สสารและพลังงานเข้าสู่บริเวณขั้วโลกมากขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การให้ความร้อนเพิ่มเติมของฝาครอบขั้วโลก

ในอดีตการพลิกกลับของขั้วแม่เหล็กเกิดขึ้นหลายครั้งและยังคงรักษาชีวิตไว้ได้ คำถามคือราคาเท่าไหร่ ดังที่สมมุติฐานบางระบุไว้ หากแมกนีโตสเฟียร์ของโลกหายไประยะหนึ่งในระหว่างการกลับขั้ว กระแสรังสีคอสมิกก็จะตกลงมาบนโลก ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้อยู่อาศัยบนบก และยิ่งกว่านั้นหากการหายตัวไปของ สนามแมกนีโตสเฟียร์สัมพันธ์กับการสูญเสียชั้นโอโซน เป็นเรื่องน่ายินดีที่ในระหว่างการกลับตัวของสนามแม่เหล็กสุริยะที่เกิดขึ้นในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2544 การหายตัวไปของสนามแมกนีโตสเฟียร์สุริยะโดยสิ้นเชิงไม่ได้รับการบันทึก วงรอบการหมุนรอบสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์คือ 22 ปี

พิกัดแม่เหล็กโลก (พิกัดแมคอิลเวน)

ในฟิสิกส์รังสีคอสมิก พิกัดเฉพาะในสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ คาร์ล แมคอิลเวน ผู้ซึ่งเสนอให้ใช้พิกัดนี้เป็นครั้งแรก มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากพิกัดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับค่าคงที่ของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก จุดในสนามไดโพลมีลักษณะเป็นสองพิกัด (L, B) โดยที่ L คือสิ่งที่เรียกว่าเปลือกแม่เหล็ก หรือพารามิเตอร์ McIlwain (เปลือก L ภาษาอังกฤษ ค่า L พารามิเตอร์ L ของ McIlwain) B คือแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำสนาม (โดยปกติจะเป็น Gs) โดยทั่วไปพารามิเตอร์ของเปลือกแม่เหล็กจะถือเป็นค่า L ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของระยะทางเฉลี่ยของเปลือกแม่เหล็กจริงจากจุดศูนย์กลางของโลกในระนาบของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกต่อรัศมีของโลก

ประวัติความเป็นมาของการวิจัย

ความสามารถของวัตถุแม่เหล็กที่จะตั้งอยู่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งนั้นเป็นที่รู้กันในหมู่ชาวจีนเมื่อหลายพันปีก่อน

ในปี 1544 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Georg Hartmann ค้นพบความโน้มเอียงของแม่เหล็ก

ข้อสันนิษฐานแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งทำให้เกิดพฤติกรรมดังกล่าวของวัตถุที่ถูกแม่เหล็กนั้น เกิดขึ้นโดยแพทย์ชาวอังกฤษและนักปรัชญาธรรมชาติ วิลเลียม กิลเบิร์ต ในปี 1600 ในหนังสือของเขาเรื่อง "On the Magnet" (“De Magnete”) ซึ่งในนั้น เขาอธิบายการทดลองด้วยลูกบอลแร่แม่เหล็กและลูกศรเหล็กลูกเล็ก กิลเบิร์ตสรุปว่าโลกเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ ข้อสังเกตของนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Henry Gellibrand แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กโลกไม่คงที่ แต่จะเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ

José de Acosta (หนึ่งในผู้ก่อตั้งธรณีฟิสิกส์ตาม Humboldt) ในประวัติศาสตร์ของเขา (1590) ปรากฏตัวครั้งแรกทฤษฎีเส้นสี่เส้นที่ไม่มีการปฏิเสธแม่เหล็ก (เขาบรรยายถึงการใช้เข็มทิศ มุมของการเบี่ยงเบน ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็ก และขั้วโลกเหนือ แม้ว่าการเบี่ยงเบนจะทราบกันดีอยู่แล้วในศตวรรษที่ 15 แต่เขาก็บรรยายถึงความผันผวนของการเบี่ยงเบนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง เขาได้ระบุสถานที่ที่มีการเบี่ยงเบนเป็นศูนย์ เช่น ในอะซอเรส

มุมที่เข็มแม่เหล็กเบี่ยงเบนจากทิศเหนือ-ใต้เรียกว่าการปฏิเสธแม่เหล็ก คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสค้นพบว่าการเสื่อมของสนามแม่เหล็กไม่คงที่ แต่เปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของพิกัดทางภูมิศาสตร์ การค้นพบของโคลัมบัสเป็นแรงผลักดันให้เกิดการศึกษาสนามแม่เหล็กโลกครั้งใหม่ ลูกเรือต้องการข้อมูลเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กนี้

ในปี 1759 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M.V. Lomonosov ได้ให้คำแนะนำอันทรงคุณค่าในการเพิ่มความแม่นยำในการอ่านเข็มทิศในรายงานของเขา เพื่อศึกษาสนามแม่เหล็กภาคพื้นดิน M.V. Lomonosov แนะนำให้จัดเครือข่ายจุดถาวร (หอดูดาว) เพื่อดำเนินการสังเกตการณ์ทางแม่เหล็กอย่างเป็นระบบ การสังเกตการณ์ดังกล่าวจะต้องดำเนินการอย่างกว้างขวางในทะเล ความคิดของ Lomonosov ในการจัดหอดูดาวแม่เหล็กนั้นเกิดขึ้นจริงในรัสเซียเพียง 60 ปีต่อมา

ในปี ค.ศ. 1831 นักสำรวจขั้วโลกชาวอังกฤษ จอห์น รอสส์ ค้นพบขั้วแม่เหล็กในหมู่เกาะแคนาดา ซึ่งเป็นบริเวณที่เข็มแม่เหล็กอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง กล่าวคือ ความเอียงคือ 90° ในปี ค.ศ. 1841 James Ross (หลานชายของ John Ross) ไปถึงขั้วแม่เหล็กอีกขั้วหนึ่งของโลกซึ่งตั้งอยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา

Carl Gauss (เยอรมัน: Carl Friedrich Gauss) หยิบยกทฤษฎีเกี่ยวกับกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกและในปี 1839 พิสูจน์ว่าส่วนหลักของมันออกมาจากโลกและสาเหตุของการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในระยะสั้นในค่าของมัน จะต้องค้นหาในสภาพแวดล้อมภายนอก

ที่มา – วิกิพีเดีย- ดาวน์โหลดหนังสือดาราศาสตร์ได้ฟรี

ที่มา – วิกิพีเดีย- ดาวน์โหลดบทความทางดาราศาสตร์และบทคัดย่อได้ฟรี

ที่มา – วิกิพีเดีย- ซื้อออนไลน์

ที่มา – วิกิพีเดีย- บทความจากวารสารวิทยาศาสตร์

เนื้อหาของบทความ

สนามแม่เหล็กของโลกดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ในระบบสุริยะมีสนามแม่เหล็กอยู่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น ตามลำดับจากมากไปหาน้อยของโมเมนต์แม่เหล็กไดโพล ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์อยู่ในอันดับแรก รองลงมาคือโลก ดาวพุธ และดาวอังคาร และเมื่อสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็กของโลก ค่าของโมเมนต์ของพวกมันคือ 20,000, 500, 1, 3 /5000 3/10000. โมเมนต์แม่เหล็กไดโพลของโลกในปี 1970 อยู่ที่ 7.98 10 25 G/cm 3 (หรือ 8.3 10.22 น. 2) ลดลงตลอดทศวรรษนี้ 0.04 10 25 G/cm 3 ความแรงของสนามแม่เหล็กเฉลี่ยที่พื้นผิวอยู่ที่ประมาณ 0.5 Oe (5·10 –5 T) รูปร่างของสนามแม่เหล็กหลักของโลกจนถึงระยะทางน้อยกว่าสามรัศมีจะอยู่ใกล้กับสนามแม่เหล็กไดโพลที่มีขนาดเท่ากัน จุดศูนย์กลางจะเลื่อนสัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางของโลกในทิศทาง 18° N และ 147.8° ตะวันออก d. แกนของไดโพลนี้เอียงกับแกนการหมุนของโลก 11.5° ขั้วแม่เหล็กโลกจะถูกแยกออกจากกันด้วยมุมเดียวกันจากขั้วทางภูมิศาสตร์ที่สอดคล้องกัน นอกจากนี้ ขั้วแม่เหล็กโลกใต้ยังตั้งอยู่ในซีกโลกเหนืออีกด้วย ปัจจุบันตั้งอยู่ใกล้ขั้วโลกเหนือของโลกในกรีนแลนด์เหนือ พิกัดของมันคือ j = 78.6 + 0.04° T N, l = 70.1 + 0.07° T W โดยที่ T คือจำนวนทศวรรษนับตั้งแต่ปี 1970 ที่ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ j = 75° S, l = 120.4°ตะวันออก (ในทวีปแอนตาร์กติกา) เส้นสนามแม่เหล็กที่แท้จริงของสนามแม่เหล็กโลกโดยเฉลี่ยแล้วใกล้กับเส้นสนามของไดโพลนี้ ซึ่งแตกต่างจากเส้นเหล่านี้ในเรื่องความผิดปกติในท้องถิ่นที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของหินแม่เหล็กในเปลือกโลก จากผลของการเปลี่ยนแปลงทางโลก ขั้วแม่เหล็กโลกจึงมีความสัมพันธ์กับขั้วทางภูมิศาสตร์ด้วยคาบประมาณ 1,200 ปี ในระยะไกล สนามแม่เหล็กของโลกจะไม่สมมาตร ภายใต้อิทธิพลของการไหลของพลาสมาที่เล็ดลอดออกมาจากดวงอาทิตย์ (ลมสุริยะ) สนามแม่เหล็กของโลกจะบิดเบี้ยวและรับ "เส้นทาง" ในทิศทางจากดวงอาทิตย์ซึ่งทอดตัวไปเป็นระยะทางหลายแสนกิโลเมตรซึ่งไปไกลกว่าวงโคจรของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์.

สาขาธรณีฟิสิกส์สาขาพิเศษที่ศึกษาต้นกำเนิดและธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลกเรียกว่า geomagnetism ทฤษฎีแม่เหล็กโลกพิจารณาถึงปัญหาของการเกิดขึ้นและวิวัฒนาการของส่วนประกอบหลักที่ถาวร สนามแม่เหล็กโลก ลักษณะของส่วนประกอบที่แปรผัน (ประมาณ 1% ของสนามหลัก) เช่นเดียวกับโครงสร้างของแมกนีโตสเฟียร์ - ชั้นพลาสมาแม่เหล็กชั้นบนสุดของชั้นบรรยากาศโลกมีปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ และปกป้องโลกจากการทะลุผ่านรังสีคอสมิก งานที่สำคัญคือการศึกษารูปแบบของความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก เนื่องจากสิ่งเหล่านั้นมีสาเหตุจากอิทธิพลภายนอกที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมสุริยะเป็นหลัก .

กำเนิดของสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติที่สังเกตได้ของสนามแม่เหล็กโลกนั้นสอดคล้องกับแนวคิดที่ว่ามันเกิดขึ้นเนื่องจากกลไกของไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ สนามแม่เหล็กดั้งเดิมจะแข็งแกร่งขึ้นอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ (โดยปกติจะเป็นการพาความร้อนหรือปั่นป่วน) ของสสารที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในแกนกลางของเหลวของดาวเคราะห์หรือในพลาสมาของดาวฤกษ์ ที่อุณหภูมิของสารหลายพัน K ค่าการนำไฟฟ้าของสารจะสูงพอที่จะทำให้การเคลื่อนที่แบบพาความร้อนเกิดขึ้นแม้ในตัวกลางที่มีแม่เหล็กอ่อนๆ ก็สามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งตามกฎหมายของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จะสามารถสร้างสนามแม่เหล็กใหม่ได้ การเสื่อมสลายของสนามแม่เหล็กเหล่านี้อาจสร้างพลังงานความร้อน (ตามกฎของจูล) หรือนำไปสู่การเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กใหม่ ขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนไหว สนามเหล่านี้สามารถทำให้สนามเดิมอ่อนลงหรือแข็งแกร่งขึ้นได้ เพื่อปรับปรุงสนาม การเคลื่อนไหวที่ไม่สมดุลบางอย่างก็เพียงพอแล้ว ดังนั้น เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าคือการมีอยู่ของการเคลื่อนไหวในตัวกลางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และเงื่อนไขที่เพียงพอคือการมีอยู่ของความไม่สมมาตร (เกลียว) ของการไหลภายในของตัวกลาง เมื่อตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ กระบวนการขยายจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งการสูญเสียเนื่องจากความร้อนของจูล ซึ่งเพิ่มขึ้นตามความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น จะทำให้สมดุลของพลังงานที่ไหลเข้ามาเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอุทกพลศาสตร์

เอฟเฟกต์ไดนาโมคือการกระตุ้นตัวเองและการรักษาสนามแม่เหล็กให้อยู่ในสถานะนิ่งเนื่องจากการเคลื่อนที่ของพลาสมาของเหลวหรือก๊าซที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า กลไกของมันคล้ายกับการสร้างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในไดนาโมที่ตื่นเต้นในตัวเอง ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ของโลกและดาวเคราะห์ตลอดจนสนามแม่เหล็กในท้องถิ่นเช่นสนามจุดดับดวงอาทิตย์และบริเวณที่มีการเคลื่อนไหวนั้นสัมพันธ์กับเอฟเฟกต์ไดนาโม

ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กของโลก (สนามแม่เหล็กโลก) สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วนหลักๆ ดังต่อไปนี้

1. สนามแม่เหล็กหลักของโลก ประสบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป (ความแปรผันทางโลก) โดยมีคาบเวลาตั้งแต่ 10 ถึง 10,000 ปี โดยมีความเข้มข้นในช่วง 10–20, 60–100, 600–1200 และ 8000 ปี อย่างหลังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์แม่เหล็กไดโพลด้วยปัจจัย 1.5–2

2. ความผิดปกติระดับโลก - การเบี่ยงเบนจากไดโพลที่เทียบเท่าสูงถึง 20% ของความเข้มของแต่ละพื้นที่โดยมีขนาดลักษณะเฉพาะสูงถึง 10,000 กม. เขตข้อมูลที่ผิดปกติเหล่านี้เผชิญกับการเปลี่ยนแปลงทางโลก ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและหลายศตวรรษ ตัวอย่างความผิดปกติ: บราซิล แคนาดา ไซบีเรียน เคิร์สต์ ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงทางโลก ความผิดปกติของโลกเปลี่ยนแปลง สลายตัว และเกิดขึ้นอีกครั้ง ที่ละติจูดต่ำ มีการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกในลองจิจูดในอัตรา 0.2° ต่อปี

3. สนามแม่เหล็กของเปลือกนอกในท้องถิ่นที่มีความยาวตั้งแต่หลายถึงหลายร้อยกิโลเมตร เกิดจากการดึงดูดของหินในชั้นบนของโลกซึ่งประกอบเป็นเปลือกโลกและตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิว หนึ่งในสิ่งที่ทรงพลังที่สุดคือความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์

4. สนามแม่เหล็กสลับของโลก (หรือที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก) ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดในรูปแบบของระบบปัจจุบันที่อยู่นอกพื้นผิวโลกและในชั้นบรรยากาศของมัน แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็กดังกล่าวและการเปลี่ยนแปลงของพวกมันคือการไหลของพลาสมาแม่เหล็กที่มาจากดวงอาทิตย์พร้อมกับลมสุริยะ และสร้างโครงสร้างและรูปร่างของสนามแม่เหล็กโลก

โครงสร้างของสนามแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศโลก

สนามแม่เหล็กของโลกได้รับอิทธิพลจากการไหลของพลาสมาแสงอาทิตย์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กของโลก ขอบเขตด้านนอกของสนามแม่เหล็กใกล้โลกที่เรียกว่าแมกนีโอพอสจึงก่อตัวขึ้น มันจำกัดสนามแม่เหล็กของโลก เนื่องจากอิทธิพลของการไหลของแสงอาทิตย์ขนาดและรูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์จึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและสนามแม่เหล็กสลับเกิดขึ้นโดยพิจารณาจากแหล่งภายนอก ความแปรปรวนมีต้นกำเนิดมาจากระบบปัจจุบันที่กำลังพัฒนาที่ระดับความสูงต่างๆ ตั้งแต่ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ไปจนถึงภาวะแมกนีโอสเฟียร์ การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลาหนึ่งซึ่งมีสาเหตุหลายประการ เรียกว่าความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งแตกต่างกันทั้งในด้านระยะเวลาและตำแหน่งบนโลกและในชั้นบรรยากาศ

หางแมกนีโทเทลจะเกิดขึ้น เส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกที่โผล่ออกมาจากบริเวณขั้วโลกและขยายออกไปภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะจนถึงรัศมีโลกหลายร้อยรัศมีจากดวงอาทิตย์ถึงด้านกลางคืนของโลก ผลก็คือ พลาสมาของลมสุริยะและกระแสเลือดจากแสงอาทิตย์ดูเหมือนจะไหลไปรอบๆ สนามแมกนีโตสเฟียร์ของโลก ทำให้มันมีรูปร่างหางที่แปลกประหลาด ที่หางของแมกนีโตสเฟียร์ในระยะทางไกลจากโลก ความแรงของสนามแม่เหล็กของโลกและคุณสมบัติการป้องกันของพวกมันจึงอ่อนลงและอนุภาคพลาสมาแสงอาทิตย์บางส่วนสามารถเจาะและเข้าไปด้านในของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกได้ และกับดักแม่เหล็กของสายพานรังสี ทะลุเข้าไปในหัวของแมกนีโตสเฟียร์เข้าสู่บริเวณออโรร่ารี ภายใต้อิทธิพลของแรงกดดันที่เปลี่ยนแปลงของลมสุริยะและสนามระหว่างดาวเคราะห์ หางทำหน้าที่เป็นสถานที่สำหรับการก่อตัวของกระแสอนุภาคที่ตกตะกอน ทำให้เกิดแสงออโรร่าและกระแสแสงออโรร่า สนามแมกนีโตสเฟียร์ถูกแยกออกจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ด้วยสนามแม่เหล็ก ตามแนวแมกนีโตสเฟียร์ อนุภาคของกระแสคอร์ปัสสเฟียร์จะไหลไปรอบๆ สนามแมกนีโตสเฟียร์ อิทธิพลของลมสุริยะที่มีต่อสนามแม่เหล็กโลกบางครั้งก็รุนแรงมาก ภาวะแม็กนีโตแพส – ขอบเขตด้านนอกของแมกนีโตสเฟียร์ของโลก (หรือของดาวเคราะห์) ซึ่งแรงดันไดนามิกของลมสุริยะสมดุลกับแรงดันของสนามแม่เหล็กของมันเอง ด้วยพารามิเตอร์ลมสุริยะทั่วไป จุดใต้แสงอาทิตย์จะอยู่ห่างจากศูนย์กลางโลก 9–11 รัศมีโลก ในช่วงที่มีการรบกวนของสนามแม่เหล็กบนโลก ภาวะสนามแม่เหล็กสามารถไปไกลกว่าวงโคจรค้างฟ้า (6.6 รัศมีโลก) สำหรับลมสุริยะที่มีกำลังอ่อน จุด Subsolar จะอยู่ที่ระยะห่าง 15–20 รัศมีโลก

ลมสุริยะ -

การไหลของพลาสมาจากโคโรนาสุริยะสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ที่ระดับวงโคจรของโลก ความเร็วเฉลี่ยของอนุภาคลมสุริยะ (โปรตอนและอิเล็กตรอน) อยู่ที่ประมาณ 400 กม./วินาที จำนวนอนุภาคคือหลายสิบต่อ 1 ตารางเซนติเมตร

พายุแม่เหล็ก.

ลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กในท้องถิ่นเปลี่ยนแปลงและผันผวน บางครั้งนานหลายชั่วโมง จากนั้นกลับคืนสู่ระดับเดิม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า พายุแม่เหล็ก- พายุแม่เหล็กมักเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและพร้อมกันทั่วโลก

การเปลี่ยนแปลงทางภูมิศาสตร์

รูปแบบรายวัน- ความแปรผันในแต่ละวันของสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นเป็นประจำ สาเหตุหลักมาจากกระแสในชั้นไอโอโนสเฟียร์ของโลกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในการส่องสว่างของชั้นไอโอโนสเฟียร์ของโลกโดยดวงอาทิตย์ในระหว่างวัน

การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สม่ำเสมอ- การแปรผันของสนามแม่เหล็กไม่สม่ำเสมอเกิดขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของการไหลของพลาสมาของแสงอาทิตย์ (solar ลม) บนแมกนีโตสเฟียร์ของโลก รวมถึงการเปลี่ยนแปลงภายในแมกนีโตสเฟียร์และอันตรกิริยาของแมกนีโตสเฟียร์กับไอโอโนสเฟียร์

การเปลี่ยนแปลง 27 วัน- ความแปรผัน 27 วันมีแนวโน้มที่กิจกรรมแม่เหล็กโลกจะเพิ่มขึ้นทุกๆ 27 วัน ซึ่งสอดคล้องกับคาบการหมุนรอบดวงอาทิตย์ของดวงอาทิตย์สัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์บนโลก รูปแบบนี้เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวบนดวงอาทิตย์ ซึ่งสังเกตได้ระหว่างการปฏิวัติสุริยะหลายครั้ง รูปแบบนี้แสดงออกมาในรูปแบบของกิจกรรมแม่เหล็กและพายุแม่เหล็กที่สามารถทำซ้ำได้ภายใน 27 วัน

การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล- ความแปรผันตามฤดูกาลของกิจกรรมแม่เหล็กได้รับการระบุอย่างมั่นใจบนพื้นฐานของข้อมูลรายเดือนโดยเฉลี่ยเกี่ยวกับกิจกรรมแม่เหล็กที่ได้รับจากการประมวลผลการสังเกตในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แอมพลิจูดของมันจะเพิ่มขึ้นตามกิจกรรมแม่เหล็กโดยรวมที่เพิ่มขึ้น พบว่าความแปรผันตามฤดูกาลของกิจกรรมแม่เหล็กมีสองค่าสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับคาบของวสันตวิษุวัต และค่าต่ำสุดสองค่าซึ่งสอดคล้องกับคาบของอายัน สาเหตุของการแปรผันเหล่านี้คือการก่อตัวของบริเวณกัมมันต์บนดวงอาทิตย์ ซึ่งจัดกลุ่มเป็นโซนตั้งแต่ละติจูดเฮลิโอกราฟิกที่ 10 ถึง 30° เหนือและใต้ ดังนั้น ในช่วง Equinoxes เมื่อระนาบของโลกและเส้นศูนย์สูตรสุริยะตรงกัน โลกจึงมีความอ่อนไหวต่อการกระทำของบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีมากที่สุดบนดวงอาทิตย์

การเปลี่ยนแปลง 11 ปี- ความเชื่อมโยงระหว่างกิจกรรมสุริยะกับกิจกรรมแม่เหล็กปรากฏชัดเจนที่สุดเมื่อเปรียบเทียบการสังเกตการณ์แบบต่อเนื่องกันแบบยาว ซึ่งทวีคูณของช่วงระยะเวลา 11 ปีของกิจกรรมสุริยะ การวัดกิจกรรมสุริยะที่รู้จักกันดีที่สุดคือจำนวนจุดดับ พบว่าในปีที่มีจุดดับมากที่สุด กิจกรรมแม่เหล็กก็ถึงค่าสูงสุดเช่นกัน แต่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมแม่เหล็กนั้นค่อนข้างล่าช้าเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมสุริยะ ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วความล่าช้านี้คือหนึ่งปี

การเปลี่ยนแปลงที่ยาวนานหลายศตวรรษ– การแปรผันขององค์ประกอบของแม่เหล็กโลกอย่างช้าๆ โดยมีระยะเวลาหลายปีหรือมากกว่านั้น แตกต่างจากแหล่งกำเนิดภายนอกรายวัน ตามฤดูกาล และรูปแบบอื่นๆ ความแปรผันทางโลกมีความเกี่ยวข้องกับแหล่งที่มาที่อยู่ในแกนโลก ความกว้างของการเปลี่ยนแปลงทางโลกถึงสิบ nT/ปี การเปลี่ยนแปลงในค่าเฉลี่ยรายปีขององค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงทางโลก เส้นแยกของการแปรผันทางโลกจะกระจุกตัวอยู่รอบๆ จุดต่างๆ - จุดศูนย์กลางหรือจุดโฟกัสของการแปรผันทางโลก ในศูนย์กลางเหล่านี้ ขนาดของความแปรผันทางโลกจะถึงค่าสูงสุด

แถบรังสีและรังสีคอสมิก

แถบรังสีของโลกเป็นสองบริเวณของพื้นที่ใกล้โลกที่ใกล้ที่สุด ซึ่งล้อมรอบโลกในรูปของกับดักแม่เหล็กแบบปิด

ประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ถูกจับโดยสนามแม่เหล็กไดโพลของโลก สนามแม่เหล็กของโลกมีอิทธิพลอย่างมากต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ในอวกาศใกล้โลก อนุภาคเหล่านี้มีสองแหล่งที่มาหลัก: รังสีคอสมิก กล่าวคือ อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวเคลียสของธาตุหนักที่มีพลัง (ตั้งแต่ 1 ถึง 12 GeV) ซึ่งมาด้วยความเร็วเกือบแสง ส่วนใหญ่มาจากส่วนอื่นๆ ของกาแล็กซี และการไหลของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าน้อยกว่า (10 5 –10 6 eV) ที่ถูกปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ ในสนามแม่เหล็ก อนุภาคไฟฟ้าจะเคลื่อนที่เป็นเกลียว วิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคดูเหมือนจะพันรอบทรงกระบอกตามแนวแกนที่เส้นแรงวิ่งไป รัศมีของทรงกระบอกจินตภาพนี้ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามและพลังงานของอนุภาค ยิ่งพลังงานของอนุภาคสูง รัศมีก็จะยิ่งมากขึ้น (เรียกว่า รัศมีลาร์มอร์) สำหรับความแรงของสนามไฟฟ้าที่กำหนด ถ้ารัศมีลาร์มอร์เล็กกว่ารัศมีของโลกมาก อนุภาคจะไปไม่ถึงพื้นผิว แต่จะถูกจับโดยสนามแม่เหล็กของโลก หากรัศมีลาร์มอร์มีขนาดใหญ่กว่ารัศมีของโลก อนุภาคจะเคลื่อนที่ราวกับว่าไม่มีสนามแม่เหล็ก อนุภาคจะทะลุผ่านสนามแม่เหล็กของโลกในบริเวณเส้นศูนย์สูตรหากพลังงานของพวกมันมากกว่า 10 9 eV อนุภาคดังกล่าวบุกรุกชั้นบรรยากาศ และเมื่อชนกับอะตอม จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ซึ่งก่อให้เกิดรังสีคอสมิกทุติยภูมิจำนวนหนึ่ง รังสีคอสมิกทุติยภูมิเหล่านี้ถูกตรวจพบบนพื้นผิวโลกแล้ว เพื่อศึกษารังสีคอสมิกในรูปแบบดั้งเดิม (รังสีคอสมิกปฐมภูมิ) อุปกรณ์จะถูกยกขึ้นบนจรวดและดาวเทียมโลกเทียม ประมาณ 99% ของอนุภาคพลังงานที่ "เจาะ" เกราะแม่เหล็กของโลกนั้นเป็นรังสีคอสมิกที่มีต้นกำเนิดจากกาแลคซี และมีเพียงประมาณ 1% เท่านั้นที่ก่อตัวในดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กของโลกกักเก็บอนุภาคพลังงานจำนวนมาก ทั้งอิเล็กตรอนและโปรตอน พลังงานและความเข้มข้นขึ้นอยู่กับระยะห่างจากโลกและละติจูดธรณีแม่เหล็ก อนุภาคดังกล่าวเต็มไปด้วยวงแหวนหรือแถบขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบโลกรอบเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก

เอ็ดเวิร์ด โคโนโนวิช