Изменения магнитного поля Земли


Если взять магнитную стрелку, помещенную на острие, и наблюдать за ее концами, то окажется, что эти концы никогда не находятся в покое. Они медленно движутся в ту или другую сторону, — как говорят, они совершают колебания около положения равновесия.

Очень наглядными становятся эти колебания, если магнитную стрелку подвесить на тонкой шелковинке и в центре подвеса прикрепить маленькое зеркальце.

Крутильные магнитные весы; внизу — вид весов сверху; вверху, в круге, — способ подвески облатки или пробирки.
Крутильные магнитные весы; внизу — вид весов сверху; вверху, в круге, — способ подвески облатки или пробирки.

Стрелку на подвесе мы помещаем в небольшой ящик и (чтобы колебания воздуха не приводили ее в движение) закрываем переднюю стенку стеклом или плексигласом. Через стеклянную стенку на зеркальце мы направляем луч света от осветителя, сделанного из трубки, в которую с одной стороны вставлена лампочка от карманного фонаря, а с другой — помещены на расстоянии 10-15 см два кружочка из черного картона с отверстиями диаметром в 5 мм (две диафрагмы).

«Зайчик» от зеркала можно направить на лист белой бумаги, на котором наклеена сантиметровая линейка, и поместить этот лист на расстоянии 2-3 м от прибора.

Когда горит лампочка осветителя, зайчик на листе бумаги не остается в покое; он дрожит и медленно перемещается в ту или другую сторону. Колебание зайчика объясняется тем, что дрожит подставка, а вместе с ней и ящик, в котором укреплена стрелка. Поэтому для такого рода наблюдений ящик надо ставить на подставку, которая находится прямо на грунте. Если этого сделать нельзя, то можно поместить ящик вместе с осветителем в каменном здании на подоконнике, на печке или на полке, укрепленной на капитальной стене.

Если сравнить положения зайчика в полдень и в полночь, то, как правило, они не будут совпадать. Зайчик очень немного (на несколько миллиметров) сдвинется в течение суток, колеблясь около некоторого среднего положения. Комната для наблюдения перемещений зайчика должна быть затемненной.

Отчего же перемещается зайчик? Оттого, что магнитная стрелка, к которой прикреплено зеркальце, также в течение суток немного перемещается; происходит это потому, что магнитное поле Земли изменяет свое направление в течение суток.

Если наблюдать положение магнитной стрелки длительное время, например в течение года, то можно обнаружить, что эти суточные колебания магнитной стрелки больше летом и меньше зимой.

Чем же объясняются колебания магнитного поля Земли? В настоящее время твердо установлено, что причиной этих колебаний является световое излучение Солнца. Оно, как известно, сильнее в полдень, особенно летом, и, естественно, прекращается ночью, а зимой делается слабее.

Магнитное поле Земли изменяется в течение суток; магнитная стрелка с зеркалом, подвешенная в закрытом ящике, при помощи отраженного от нее «зайчика» позволяет наблюдать суточные изменения магнитного поля Земли.
Магнитное поле Земли изменяется в течение суток; магнитная стрелка с зеркалом, подвешенная в закрытом ящике, при помощи отраженного от нее «зайчика» позволяет наблюдать суточные изменения магнитного поля Земли.

Световое излучение Солнца, в особенности ультрафиолетовое, сильно действует на разреженные слои земной атмосферы, находящиеся на высоте нескольких сот километров над поверхностью Земли. Ультрафиолетовое излучение Солнца разбивает молекулы и атомы газа земной атмосферы на две противоположно заряженные электрические частицы. Вследствие этого в высоких слоях атмосферы частицы воздуха несут на себе электрические заряды. Чем сильнее ультрафиолетовое излучение Солнца, тем больше электрических зарядов оказывается в высоких слоях атмосферы. Когда эти заряды движутся, то они представляют собой нечто иное, как электрический ток. Такого рода токи электрически заряженных частиц образуют вокруг себя магнитное иоле, подобно токам, которые текут в металлических проволоках.

Сделайте следующий опыт: возьмите батарейку карманного фонаря, маленький компас и моток изолированной проволоки. Когда вы присоедините концы изолированной проволоки к батарейке, по проволоке пойдет электрический ток. Поднесите моток проволоки к стрелке компаса. Она сейчас же повернется, стремясь стать поперек витков проволоки. Поднося к стрелке мотки проволоки и удаляя их от нее, вы увидите, что стрелка компаса совершает небольшие колебания. Примерно то же происходит и с суточными колебаниями магнитной стрелки. В высоких слоях атмосферы к полудню увеличиваются атмосферные токи, и они действуют на компасную стрелку, отклоняя ее от положения равновесия. К ночи количество зарядов в атмосфере уменьшается; атмосферные токи ослабевают, и стрелка возвращается в положение равновесия.

 

Магнитные бури. Полярные сияния

Иногда можно наблюдать неправильные колебания магнитной стрелки, значительно большие, чем суточные колебания. Стрелка вдруг начинает дрожать и все больше и больше отходит от положения равновесия, уклоняясь на несколько градусов, а затем медленно возвращается в положение равновесия. Такие явления наблюдаются иногда в продолжение нескольких часов и даже суток. Они вызваны магнитными бурями. Мы можем записывать изменения положения стрелки при помощи светового зайчика, отраженного от стрелки и падающего на движущуюся фотоленту. На этой фотоленте, после ее проявления, будут записаны все изменения положения магнитной стрелки, по которым мы можем судить о состоянии магнитного поля Земли. На нашем рисунке (см. ниже) показаны две записи — во время магнитной бури и в спокойный период. Магнитные бури объясняются солнечным излучением, только не световым, а излучением отдельных мельчайших частиц, несущихся с Солнца с огромными скоростями. Эти частицы вторгаются в атмосферу Земли и сразу увеличивают в ней количество электрических зарядов. Вследствие этого возникают сильные электрические токи, которые и действуют на магнитную стрелку.

Опыт, поясняющий, как могут происходить изменения в направлении магнитной стрелки под действием магнитного поля замкнутых электрических токов.
Опыт, поясняющий, как могут происходить изменения в направлении магнитной стрелки под действием магнитного поля замкнутых электрических токов.

Часто на севере по ночам наблюдаются возникающие вдруг на небе световые явления, которые называются полярными сияниями. Нередко сияния имеют форму лучей, причем их направление совпадает в общем с направлением силовых линий магнитного поля Земли. Полярные сияния появляются на высотах от 80 до 350 км; чаще всего они возникают на высоте приблизительно 100 км.

Полярные сияния относятся к тем световым явлениям, которые имеют место в газосветных лампах. Если в лампах дневного света возбуждение газовых частиц и их свечение происходит за счет энергии сетевого электрического тока, то в атмосфере свечение возбужденных газовых частиц происходит за счет электрически заряженных частиц, летящих и нам от Солнца. Наблюдениями установлено, что полярные сияния и магнитные бури часто возникают одновременно (или с небольшим запозданием) с явлениями на Солнце: появлением солнечных пятен, вспышек факелов, извержений и т. д.

Особенно сильно проявляются магнитные бури в так называемой зоне полярных сияний, которая расположена на широте 66-67°. Очень часто, когда наступает полярное сияние, возникает и магнитная буря. По-видимому, и полярное сияние и магнитные бури имеют общую причину, а именно вторжение в земную атмосферу множества мельчайших частиц солнечной материи.

Автоматические приборы ведут запись изменений магнитного поля. На рисунке показана часть ленты от самопишущего прибора. Верхняя извилистая линия указывает, что над Землей «бушует» магнитная буря.
Автоматические приборы ведут запись изменений магнитного поля. На рисунке показана часть ленты от самопишущего прибора. Верхняя извилистая линия указывает, что над Землей «бушует» магнитная буря.

Магнитные бури оказывают очень большое влияние на телеграф, телефон и радио. В период сильных магнитных бурь телеграф из-за множества помех не действует. Нормальное распространение радиоволн нарушается. Зная причины магнитных бурь, люди научились при помощи приборов в некоторых случаях предсказывать это явление и предупреждать о нем учреждения связи.

Государственная служба земного магнетизма опирается на работу магнитных обсерваторий, расположенных во всех важных пунктах нашей страны. Особенно много их на севере. На магнитных обсерваториях находятся приборы-самописцы, которые записывают на фотобумаге при помощи светового зайчика изменения магнитного поля Земли.

Работа магнитных обсерваторий дает возможность непрерывно следить за изменениями магнитного поля Земли и предсказывать наступление тех магнитных явлений, которые имеют большое значение для народного хозяйства.

 

Происхождение магнитного поля Земли

Было высказано много предположений о том, как возник земной магнетизм, но ни одно из них еще не может считаться вполне достоверным. В самое последнее время ученые установили, что главное земное магнитное поле, по-видимому, образуется в глубоких недрах — в ядре Земли, где вещество в отношении электропроводности находится в состоянии, подобном металлам: известно, что в металлах легко распространяется электрический ток. Кроме того, если в металлическом теле имеются места с различной температурой, то между ними возникают электрические токи. В ядре Земли возможны, во-первых, перемещения вещества, несущего электрические заряды, и, во-вторых, образование так называемых термоэлектрических токов. Вот эти два вероятных явления и могут быть, по-видимому, причиной того, что в недрах Земли возникают более или менее постоянные электрические токи.

На поверхности Земли и в атмосфере эти электрические токи образуют магнитное поле Земли.

 

Ультрафиолетовое излучение - это невидимое глазом электро-магнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским диапазоном излучения. Ультрафиолетовое излучение практически не воздействует на глаза человека, но при длительном облучении может вызвать поражение радиационного характера.

Магнитные бури - более правильное название - геомагнитные бури. Представляют из себя возмущения геомагнитного поля Земли, которые могут длиться от нескольких часов до нескольких суток. Имеют негативное воздействие на самочувствие человека.