Geomagnetinis laukas: ypatumai, struktūra, charakteristikos ir tyrimų istorija

2024 Autorius: Henry Conors | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-12 10:27

Geomagnetinį lauką (GP) sukuria š altiniai, esantys Žemės viduje, taip pat magnetosferoje ir jonosferoje. Jis apsaugo planetą ir gyvybę joje nuo žalingo kosminės spinduliuotės poveikio. Jo buvimą stebėjo visi, kurie laikė kompasą ir matė, kaip vienas rodyklės galas nukreiptas į pietus, o kitas į šiaurę. Magnetosferos dėka buvo padaryti dideli atradimai fizikoje ir iki šiol ji naudojama jūrų, povandeninei, aviacijai ir kosminei navigacijai.

Bendrosios charakteristikos

Mūsų planeta yra didžiulis magnetas. Jo šiaurinis ašigalis yra „viršutinėje“Žemės dalyje, netoli nuo geografinio ašigalio, o pietų ašigalis yra netoli atitinkamo geografinio ašigalio. Nuo šių taškų magnetinės jėgos linijos, sudarančios tikrąją magnetosferą, tęsiasi daugybę tūkstančių kilometrų į erdvę.

Magnetiniai ir geografiniai poliai yra gana toli vienas nuo kito. Jei nubrėžiate aiškią liniją tarp magnetinių polių, galite gauti magnetinę ašį, kurios pasvirimo kampas sukimosi ašies atžvilgiu yra 11,3 °. Ši vertė nėra pastovi ir viskas dėl to, kad magnetiniai poliai juda planetos paviršiaus atžvilgiu, kasmet keisdami savo vietą.

Geomagnetinio lauko pobūdis

Magnetinį skydą generuoja elektros srovės (judantys krūviai), kurios gimsta išorinėje skystoje šerdyje, esančioje Žemės viduje labai tinkamame gylyje. Tai skystas metalas ir juda. Šis procesas vadinamas konvekcija. Judanti branduolio medžiaga sudaro sroves ir dėl to magnetinius laukus.

Magnetinis skydas patikimai apsaugo Žemę nuo kosminės spinduliuotės. Pagrindinis jo š altinis yra saulės vėjas – jonizuotų dalelių, tekančių iš Saulės vainiko, judėjimas. Magnetosfera nukreipia šį nuolatinį srautą, nukreipdama jį aplink Žemę, kad kietoji spinduliuotė nedarytų neigiamo poveikio visai mėlynosios planetos gyvybei.

Jei Žemė neturėtų geomagnetinio lauko, saulės vėjas atimtų iš jos atmosferą. Remiantis viena hipoteze, būtent taip atsitiko Marse. Saulės vėjas toli gražu nėra vienintelė grėsmė, nes Saulė taip pat išskiria didelius kiekius medžiagos ir energijos vainikinių išmetimų pavidalu, kartu su stipriu radioaktyviųjų dalelių srautu. Tačiau net ir šiais atvejais Žemės magnetinis laukas ją apsaugo, nukreipdamas šias sroves nuoplanetos.

Magnetinis skydas apverčia savo polius maždaug kas 250 000 metų. Šiaurinis magnetinis polius užima šiaurės vietą ir atvirkščiai. Mokslininkai neturi aiškaus paaiškinimo, kodėl taip nutinka.

Tyrimų istorija

Žmonės su nuostabiomis antžeminio magnetizmo savybėmis susipažino civilizacijos aušroje. Jau senovėje žmonijai buvo žinoma magnetinė geležies rūda, magnetitas. Tačiau kas ir kada atskleidė, kad natūralūs magnetai yra vienodai orientuoti erdvėje geografinių planetos polių atžvilgiu, nežinoma. Remiantis viena versija, kinai su šiuo reiškiniu buvo susipažinę jau 1100 m., tačiau praktiškai pradėjo jį naudoti tik po dviejų šimtmečių. Vakarų Europoje magnetinis kompasas navigacijoje pradėtas naudoti 1187 m.

Struktūra ir charakteristikos

Žemės magnetinį lauką galima suskirstyti į:

• pagrindinis magnetinis laukas (95%), kurio š altiniai yra išorinėje, laidžioje planetos šerdyje;
• anomalus magnetinis laukas (4%), kurį sukuria uolienos viršutiniame Žemės sluoksnyje, turinčios gerą magnetinį jautrumą (viena iš galingiausių yra Kursko magnetinė anomalija);
• išorinis magnetinis laukas (taip pat vadinamas kintamuoju, 1 %), susijęs su saulės ir žemės sąveika.

Reguliarūs geomagnetiniai svyravimai

Geomagnetinio lauko pokyčiai laikui bėgant, veikiami tiek vidinių, tiek išorinių (planetos paviršiaus atžvilgiu) š altinių, vadinami magnetiniais pokyčiais. Jie yrapasižymi HP komponentų nuokrypiu nuo vidutinės reikšmės stebėjimo vietoje. Magnetiniai svyravimai nuolat keičiasi laike ir dažnai tokie pokyčiai būna periodiški.

Reguliarūs svyravimai, kurie kartojasi kasdien, yra magnetinio lauko pokyčiai, susiję su saulės ir mėnulio paros MS intensyvumo pokyčiais. Variacijos didžiausios dienos metu ir esant mėnulio opozicijai.

Netaisyklingi geomagnetiniai svyravimai

Šie pokyčiai atsiranda dėl saulės vėjo įtakos Žemės magnetosferai, dėl pokyčių pačioje magnetosferoje ir dėl jos sąveikos su jonizuota viršutine atmosfera.

• Dvidešimt septynių dienų svyravimai egzistuoja kaip magnetinių trikdžių pakartotinio augimo modelis kas 27 dienas, atitinkantis pagrindinio dangaus kūno sukimosi laikotarpį žemiškojo stebėtojo atžvilgiu. Šią tendenciją nulėmė ilgalaikiai aktyvūs mūsų gimtosios žvaigždės regionai, pastebėti per keletą jos apsisukimų. Tai pasireiškia 27 dienų trukmės geomagnetinių trikdžių ir magnetinių audrų pasikartojimu.
• Vienuolikos metų svyravimai yra susiję su Saulės dėmių formavimosi veiklos periodiškumu. Nustatyta, kad tais metais, kai Saulės diske kaupiasi didžiausias tamsių zonų kaupimasis, magnetinis aktyvumas taip pat pasiekia maksimumą, tačiau geomagnetinio aktyvumo augimas nuo Saulės aktyvumo augimo atsilieka vidutiniškai metais.
• Sezoniniai svyravimai turi dvi aukščiausias ir dvi žemiausias, atitinkančiaslygiadieniai ir saulėgrįžos laikai.
• Sekuliariniai, priešingai nei aukščiau, - išorinės kilmės, susidaro dėl medžiagos judėjimo ir bangų procesų skystai elektrai laidžioje planetos šerdyje ir yra pagrindinis informacijos apie elektros energiją š altinis. apatinės mantijos ir šerdies laidumą, apie fizinius procesus, lemiančius medžiagos konvekciją, taip pat apie Žemės geomagnetinio lauko susidarymo mechanizmą. Tai yra lėčiausi svyravimai, kurių laikotarpiai svyruoja nuo kelerių metų iki vienerių metų.

Magnetinio lauko įtaka gyvajam pasauliui

Nepaisant to, kad magnetinio skydo nesimato, planetos gyventojai jį puikiai jaučia. Pavyzdžiui, migruojantys paukščiai kuria savo maršrutą, sutelkdami dėmesį į jį. Mokslininkai iškėlė keletą hipotezių dėl šio reiškinio. Vienas iš jų rodo, kad paukščiai tai suvokia vizualiai. Migruojančių paukščių akyse yra ypatingų b altymų (kriptochromų), kurie geomagnetinio lauko įtakoje gali keisti savo padėtį. Šios hipotezės autoriai yra įsitikinę, kad kriptochromai gali veikti kaip kompasas. Tačiau ne tik paukščiai, bet ir jūros vėžliai naudoja magnetinį ekraną kaip GPS navigatorių.

Magnetinio ekrano poveikis žmogui

Geomagnetinio lauko poveikis žmogui iš esmės skiriasi nuo bet kurio kito, ar tai būtų spinduliuotė, ar pavojinga srovė, nes jis visiškai paveikia žmogaus kūną.

Mokslininkai mano, kad geomagnetinis laukas veikia itin žemų dažnių diapazone, todėl atitinka pagrindinįfiziologiniai ritmai: kvėpavimo, širdies ir smegenų. Žmogus gali nieko nejausti, tačiau organizmas vis tiek į tai reaguoja funkciniais nervų, širdies ir kraujagyslių sistemų bei smegenų veiklos pokyčiais. Psichiatrai daugelį metų stebi ryšį tarp geomagnetinio lauko intensyvumo pliūpsnių ir psichikos ligų paūmėjimo, dažnai baigiančio savižudybę.

Geomagnetinio aktyvumo „indeksavimas“

Magnetinio lauko trikdžiai, susiję su magnetosferos ir jonosferos srovės sistemos pokyčiais, vadinami geomagnetiniu aktyvumu (GA). Jo lygiui nustatyti naudojami du indeksai – A ir K. Pastarasis parodo GA reikšmę. Jis apskaičiuojamas pagal magnetinio ekrano matavimus, atliekamus kiekvieną dieną trijų valandų intervalais, pradedant 00:00 UTC (Universal Time Coordinated). Didžiausios magnetinių trikdžių vertės lyginamos su tam tikros mokslo institucijos ramios dienos geomagnetinio lauko reikšmėmis, atsižvelgiama į didžiausias stebimų nuokrypių reikšmes.

Remiantis gautais duomenimis, apskaičiuojamas K indeksas. Dėl to, kad tai yra kvazilogaritminė reikšmė (tai yra, ji padidėja vienu, trikdžiui padidėjus maždaug 2 kartus), negali vidurkis, kad būtų gautas ilgalaikis istorinis planetos geomagnetinių laukų būklės vaizdas. Norėdami tai padaryti, yra indeksas A, kuris yra dienos vidurkis. Jis nustatomas gana paprastai – kiekvienas indekso K matmuo konvertuojamas įlygiavertis indeksas. Per dieną gautos K reikšmės yra suvidurkinamos, todėl galima gauti A indeksą, kurio reikšmė paprastomis dienomis neviršija 100 slenksčio, o per rimčiausias magnetines audras gali viršyti 200.

Kadangi geomagnetinio lauko trikdžiai įvairiose planetos dalyse pasireiškia skirtingai, A indekso reikšmės iš skirtingų mokslinių š altinių gali labai skirtis. Siekiant išvengti tokio įsibėgėjimo, observatorijų gauti indeksai A sumažinami iki vidurkio ir atsiranda pasaulinis indeksas A_p. Tas pats pasakytina ir apie indeksą K_p, kuris yra trupmeninė reikšmė diapazone nuo 0 iki 9. Jo reikšmė nuo 0 iki 1 rodo, kad geomagnetinis laukas yra normalus, o tai reiškia, kad išsaugomos optimalios sąlygos praleisti trumpųjų bangų juostose. Žinoma, atsižvelgiant į gana intensyvų saulės spindulių srautą. 2 taškų geomagnetinis laukas apibūdinamas kaip vidutinis magnetinis trikdymas, kuris šiek tiek apsunkina decimetrinių bangų praėjimą. Vertės nuo 5 iki 7 rodo, kad yra geomagnetinių audrų, kurios sukelia rimtus trukdžius minėtam diapazonui, o esant stipriai audrai (8-9 balai) trumpųjų bangų praeiti neįmanoma.

Geomagnetinio lauko aktyvumas taškuose

Ar	Kr	Aprašymas
0	0	Rami
2	1
3
4
7	2	Silpnai pasipiktinęs
15	3
27	4	Pasipiktinęs
48	5	Magnetinė audra
80	6
132	7	Didžioji magnetinė audra
208	8
400	9

Magnetinių audrų poveikis žmonių sveikatai

50–70 % pasaulio gyventojų yra paveikti magnetinių audrų. Tuo pačiu metu kai kuriems žmonėms streso reakcijos pradžia pastebima likus 1-2 dienoms iki magnetinio trikdymo, kai stebimi saulės blyksniai. Kitiems – pačiame piko metu arba kurį laiką po pernelyg didelio geomagnetinio aktyvumo.

Metodiškai priklausomiems žmonėms, taip pat tiems, kurie serga lėtinėmis ligomis, reikia savaitę sekti informaciją apie geomagnetinį lauką, kad būtų išvengta fizinės ir emocinės įtampos, taip pat bet kokių veiksmų ir įvykių, kurie gali sukelti stresuoti, jei artėja magnetinės audros.

Magnetinio lauko trūkumo sindromas

Geomagnetinio lauko susilpnėjimas patalpose (hipogeomagnetinis laukas) atsiranda dėl įvairių pastatų projektinių ypatybių, sienų medžiagų, taip pat įmagnetintų konstrukcijų. Atsidūrus kambaryje su nusilpusiu šeimos gydytoju, sutrinka kraujotaka, audinių ir organų aprūpinimas deguonimi ir maistinėmis medžiagomis. Magnetinio skydo susilpnėjimas taip pat veikia nervų, širdies ir kraujagyslių, endokrininę, kvėpavimo, skeleto ir raumenų sistemas.

Japonų gydytojas Nakagawa „paskambino“šis reiškinys vadinamas „žmogaus magnetinio lauko trūkumo sindromu“. Savo reikšme ši koncepcija gali konkuruoti su vitaminų ir mineralų trūkumu.

Pagrindiniai simptomai, rodantys šio sindromo buvimą:

• nuovargis;
• našumo sumažėjimas;
• nemiga;
• galvos ir sąnarių skausmas;
• hipo- ir hipertenzija;
• virškinimo sistemos sutrikimai;
• širdies ir kraujagyslių sistemos sutrikimai.