Магнитное поле Земли

Магнитные поля широко распространены во Вселенной. Они существуют у звёзд, в космическом пространстве; имеется магнитное поле у Солнца и у планет Юпитер и Сатурн. Имеются определённые данные о наличии собственного магнитного поля у планет Уран и Нептун. В то же время космическим аппаратам не удалось обнаружить магнитного поля у наших трёх ближайших космических соседей. Верхние пределы для магнитных моментов изученных планет приведены в таблице 1. Из нее следует, что магнитные моменты Луны, Марса и Венеры на несколько порядков меньше магнитного момента Земли, так например:

М_Луны < 10^-5 М_Земли; М_Марса < 3·10 ^-4 М_Земли; М_Венеры < 3·10 ^-3 М_Земли, при этом магнитный момент земного шара М_Земли составляет 8.3·10²² А*м².

Таблица 1

Небесное тело	Радиус ядра, км	B, нТл	M, А·м^2	Наклон магнитной оси к оси вращения, град.	Магнитный полюс, расположенный в северном полушарии
Меркурий			5·10^19	10 - 20	N
Венера			7·10^20	-	-
Земля			8.3·10^22	11.5	S
Луна			5·10^17	-	-
Марс		30 - 60	2·10^19		S
Юпитер		420·10^3	1.4·10^27	9.5	N
Сатурн		20·10^3	4·10^25		N
Уран	проводящие оболочки на расстоянии 0.55 R от центра	13·10^3	-		-
Нептун	-	6.5·10^3	-		-
Плутон	-	-	-	-	-

Причиной такого малого магнитного момента у Марса являются малые размеры его ядра, в котором не могут генерироваться существенные электромагнитные процессы. Та же причина может быть и у Луны. Что касается Венеры, то известно, что она вращается очень медленно, её период равен ~ 243 земным суткам. А скорость вращения является одним из необходимых условий существования магнитного поля. Нижним пределом самоподдержания магнитного поля в ядре Земли считается значение 0.08 М_Земли.

То, что Земля имеет магнитное поле, было известно уже в древности,

более тысячи лет назад, китайцам, которые были знакомы с магнитной стрелкой-компасом. Однако начало геомагнетизму как научной дисциплине положено значительно позже, в 1600 г, когда Вильям Гильберт, придворный врач английской королевы Елизаветы I, опубликовал свой трактат по геомагнетизму. Гильберт показал, что магнитное поле Земли сходно с полем магнитного диполя, т.е. Земля представляет собой как бы гигантскую магнитную стрелку в форме шара (рис. 6.1).

Геомагнитное поле в некоторой точке описывается вектором В и, чтобы полностью определить этот вектор, необходимы три величины (см. рис. 6.2).

Cоставляющие земного магнитного поля: горизонтальная Н=ВсosI, вертикальная Z=BsinI, северная Х=НcosD, восточная Y=HsinD, В – полный вектор, I – наклонение (inclination), D – склонение (declénsion).

Рис. 6.1. Аппроксимация геомагнитного поля полем диполя.

Как видно, поле можно задать вертикальной составляющей Z, направленной вниз, горизонтальной составляющей Н и склонением D. Под склонением понимается угол между направлением на север и направлением горизонтальной составляющей. Магнитное поле может быть описано и другим способом: величиной полной напряженности В, наклонением I и склонением D.

Рис.6.2. Составляющие геомагнитного поля.

Уравнение, описывающее поле диполя, легко получить из выражения магнитного потенциала для поля диполя.

Рис. 6.3

М = m · 2ℓ.

Тогда потенциал в точке Р равен

Градиент потенциала V определит напряженность поля в точке Р. Пусть точка Р находится на поверхности сферической Земли, в центре которой помещён диполь. В этом случае относительно поверхности Земли горизонтальная и вертикальная составляющие поля Н и Z в точке Р находятся следующим образом:

Тогда величина полной напряженности поля В составит:

P.S.: , (cos x) ' = - sin x. sin x= (1 - cos² x)^1/2

и наклонение поля I – угол относительно горизонтали:

, где φ – геомагнитная широта, φ = 90º - θ

Считают, что ~ 90% современного геомагнитного поля может быть представлено полем диполя, расположенного в центре Земли; ось диполя составляет с осью вращения Земли угол около 11.5º (см. рис. 6.1). Недипольное поле получается в результате вычитания наиболее подходящего дипольного поля из наблюденного поля, существующего в данное время.

Дата добавления: 2015-08-09