Геомагнетизм

Большинство земных ученых полагает, что наряду с высокой плотностью, земное ядро, в отличие от мантии, должно быть металлическим, чтобы генерировать геомагнитное поле. Согласно теории динамо, движение жидкости во внешнем ядре Земли двигает проводящий материал (жидкое железо) через уже существующее слабое магнитное поле и создает электрический ток. В свою очередь, электрический ток производит магнитное поле, которое тоже взаимодействует с движением жидкости, генерируя вторичное магнитное поле. Оба поля вместе сильнее, чем первичное поле и располагаются вдоль оси вращения планеты.

Основные характеристики геомагнитного поля включают кратковременные и долговременные флуктуации интенсивности, перевороты полярности с неравными интервалами (от десятка тысяч до десятка миллионов лет), 11° смещение между геомагнитной осью и осью вращения и дрейф магнитных полей вокруг географических полюсов за оцененный период нескольких тысяч лет. Ученые полагают, что теория динамо способна объяснить эти характеристики, хотя детальное понимание отсутствует. Существуют конкурирующие модели динамо, но числовые модели для воспроизведения некоторых характеристик реального магнитного поля в настоящее время еще не реализованы.[26]

Чтобы объяснить смещение между геомагнитной осью и осью вращения, некоторые ученые допускают, что общее поле Земли может быть комбинацией центрального дипольного поля, созданного динамо, выровненного с осью вращения, и нескольких переменных дипольных полей, локализованных в верхних частях ядра. Но другие ученые утверждают, что физический механизм для выработки диполей возле поверхности ядра отсутствует.[27] Некоторые планеты имеют еще большие и более загадочные смещения между магнитной осью и осью вращения: 46,8° в случае Нептуна и 58,6° в случае Урана.

Даже если допустить существование внешнего ядра из жидкого железа, теория динамо сталкивается со многими главными проблемами. Джозеф Кейтер пишет:

“Ученым почему-то не ясно, как магнитное поле может тянуться на 3.216 км за пределами электрического тока. Для создания даже относительно слабых магнитных эффектов на очень небольших расстояниях над потоком требуется очень сильный ток. Электрическое сопротивление железа при предполагаемых температурах ядра было бы ошеломляющим. Постоянный поток электричества требует постоянной разности потенциалов. Как в гипотетическом ядре создается и поддерживается такая разность потенциалов?

Величины, ширины и глубины таких токов было бы недостаточно для расширения магнитного поля даже на малую часть требующегося расстояния, а необходимая электродвижущая сила (ЭДС) была бы невероятной. Откуда возникает ЭДС? До сих пор ученые затрудняются это объяснить, особенно, если учесть, что токи ограничиваются шаром и, следовательно, следуют замкнутым путям”.[28]

В. Н Ларин ставит под вопрос само существование механизма для поддержания сильных электрических токов во внутренней части Земли на протяжении всей эволюции планеты и утверждает, что само существование активной конвекции в ядре вызывает сомнение. Если конвекция имеет температурное происхождение, тогда источник тепла в железном ядре неисчерпаем. Другая возможность – радиоактивность, но отсутствует известный механизм, способный отделить радиоактивные элементы от железа и никеля. Некоторые ученые считают, что источником переноса тепла может являться постоянный рост ядра. В таком случае тепло возникало бы из потенциальной энергии тяжелых частиц, находящихся в гравитационном поле, но вряд ли такой процесс длился бы несколько миллиардов лет.[29]

Альтернативная теория была предложена Дж. М. Херндоном. Он полагает, что магнитное поле Земли в основном создается электрическими токами, создающимися в результате самоподдерживающейся реакции деления ядер в урановом (и ториевом) субъядре в центре планеты, обладающим плотностью 26 г/см³.[30] Однако существование такого субъядра чисто гипотетическое.

Учитывая веру в генерирование магнитных полей посредством конвекционных токов в проводящем электричество жидком железе в ядре планеты, ученые были озадачены открытием факта, что Луна и Меркурий обладают значительными магнитными полями, поскольку считалось, что ядро Луны твердое и ядро Меркурия почти такое же. Допускалось, что Венера имеет жидкое ядро и обладает сильным магнитным полем, но никакого значимого самогенерирующегося поля обнаружено не было. Предполагается, что магнитные поля Юпитера и Сатурна создаются электрическими токами внутри слоя жидкого металлического водорода внутри них, в то время как поля Нептуна и Урана генерируются в их сильно разогретых жидких мантиях. Но все это сплошные догадки.[31] Ясно, что теория динамо не способна объяснить магнитные поля, обнаруженные вокруг некоторых астероидов.

Альтернативные теории геомагнитного поля рассматриваются в части 2 разделе 4.

Дата добавления: 2015-08-05