การเรืองแสงเกิดขึ้นได้อย่างไร? สารบางชนิดสามารถเรืองแสงได้ภายใต้อิทธิพลของแหล่งพลังงานใดๆ หากแหล่งกำเนิดดังกล่าวเป็นการคายประจุไฟฟ้า แสดงว่าเป็นการเรืองแสงด้วยไฟฟ้า หลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้ในการส่องสว่างบ้านเรือนและแสงสว่าง

เสียงหัวเราะเกิดขึ้นได้อย่างไร? คงไม่มีคนที่ไม่ชอบหัวเราะหรอก มีหลักฐานมากมายเกี่ยวกับประโยชน์ต่อสุขภาพของการหัวเราะ แม้ว่าจะไม่น่าเชื่อถือมากนักก็ตาม แต่มันมาจากไหน? วิทยาศาสตร์กำลังศึกษาปัญหานี้อย่างจริงจัง มีแม้กระทั่ง สังคมระหว่างประเทศเกี่ยวกับการเรียน

ใน วันสุดท้ายมีข่าวจำนวนมากเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโลกปรากฏบนเว็บไซต์ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ข่าวที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเร็วๆ นี้ หรือสนามแม่เหล็กมีส่วนทำให้ออกซิเจนรั่วไหลจากชั้นบรรยากาศโลก หรือแม้แต่วัวในทุ่งหญ้าจะวางตัวตามแนวเส้นของสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กคืออะไร และข่าวทั้งหมดนี้สำคัญแค่ไหน?

สนามแม่เหล็กของโลกเป็นพื้นที่รอบโลกของเราซึ่งมีแรงแม่เหล็กทำงาน คำถามเกี่ยวกับกำเนิดของสนามแม่เหล็กยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยส่วนใหญ่เห็นพ้องกันว่าการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกอย่างน้อยส่วนหนึ่งก็เนื่องมาจากแกนกลางของมัน แกนโลกประกอบด้วยส่วนภายในที่เป็นของแข็งและส่วนภายนอกที่เป็นของเหลว การหมุนของโลกทำให้เกิดกระแสคงที่ในแกนกลางของเหลว ดังที่ผู้อ่านคงจำได้จากบทเรียนฟิสิกส์เรื่องการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้านำไปสู่การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กรอบตัวพวกเขา

หนึ่งในทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุดที่อธิบายธรรมชาติของสนาม ทฤษฎีผลกระทบของไดนาโม สันนิษฐานว่าการเคลื่อนที่ของการพาความร้อนหรือปั่นป่วนของของไหลนำไฟฟ้าในแกนกลางมีส่วนทำให้เกิดการกระตุ้นตนเองและการบำรุงรักษาสนามใน รัฐนิ่ง.

โลกถือได้ว่าเป็นไดโพลแม่เหล็ก ของเขา ขั้วโลกใต้ตั้งอยู่ที่ขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์ และทางเหนือจึงอยู่ที่ขั้วโลกใต้ ในความเป็นจริง ขั้วทางภูมิศาสตร์และขั้วแม่เหล็กของโลกไม่ตรงกันไม่เพียงแต่ใน "ทิศทาง" เท่านั้น แกนสนามแม่เหล็กจะเอียงสัมพันธ์กับแกนการหมุนของโลก 11.6 องศา เนื่องจากความแตกต่างไม่มีนัยสำคัญมาก เราจึงใช้เข็มทิศได้ ลูกศรของมันชี้ไปที่ขั้วโลกแม่เหล็กใต้ของโลกอย่างแม่นยำและเกือบจะตรงกับขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์ หากเข็มทิศถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อ 720,000 ปีก่อน เข็มทิศจะระบุทั้งทางภูมิศาสตร์และแม่เหล็ก ขั้วโลกเหนือ- แต่เพิ่มเติมเกี่ยวกับที่ด้านล่าง

สนามแม่เหล็กช่วยปกป้องผู้อยู่อาศัยในโลกและดาวเทียมประดิษฐ์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายของอนุภาคจักรวาล อนุภาคดังกล่าวรวมถึง ตัวอย่างเช่น อนุภาคลมสุริยะที่แตกตัวเป็นไอออน (มีประจุ) สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนวิถีการเคลื่อนที่ โดยส่งอนุภาคไปตามเส้นสนาม ความจำเป็นของสนามแม่เหล็กสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตทำให้ขอบเขตของดาวเคราะห์ที่อาจเอื้ออาศัยได้แคบลง (หากเราพิจารณาจากสมมติฐานที่ว่ารูปแบบชีวิตที่เป็นไปได้ตามสมมุติฐานนั้นคล้ายคลึงกับผู้อยู่อาศัยบนโลก)

นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้แยกแยะว่าดาวเคราะห์บางดวง ประเภทดินไม่มีแกนโลหะและดังนั้นจึงไม่มีสนามแม่เหล็ก จนถึงขณะนี้ ดาวเคราะห์ที่สร้างจากหินแข็ง เช่น โลก เชื่อกันว่ามีสามชั้นหลัก ได้แก่ เปลือกแข็ง เปลือกโลกที่มีความหนืด และแกนเหล็กที่เป็นของแข็งหรือหลอมเหลว ในรายงานล่าสุด นักวิทยาศาสตร์จากแมสซาชูเซตส์ สถาบันเทคโนโลยีเสนอให้กำเนิดดาวเคราะห์ “หิน” ที่ไม่มีแกนกลาง หากการคำนวณทางทฤษฎีของนักวิจัยได้รับการยืนยันโดยการสังเกต จากนั้นเพื่อคำนวณความน่าจะเป็นที่จะพบกับหุ่นยนต์มนุษย์ในจักรวาลหรืออย่างน้อยก็มีบางอย่างที่คล้ายกับภาพประกอบจากหนังสือเรียนชีววิทยาก็จำเป็นต้องเขียนใหม่

มนุษย์โลกอาจสูญเสียการป้องกันทางแม่เหล็กด้วย จริงอยู่ นักธรณีฟิสิกส์ยังไม่สามารถบอกได้อย่างแน่ชัดว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใด ความจริงก็คือขั้วแม่เหล็กของโลกไม่คงที่ พวกเขาเปลี่ยนสถานที่เป็นระยะ ไม่นานมานี้ นักวิจัยพบว่าโลก “จดจำ” การกลับขั้ว การวิเคราะห์ "ความทรงจำ" ดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าในช่วง 160 ล้านปีที่ผ่านมา แม่เหล็กเหนือและใต้ได้เปลี่ยนสถานที่ประมาณ 100 ครั้ง ครั้งสุดท้ายที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นคือประมาณ 720,000 ปีก่อน

การเปลี่ยนแปลงของขั้วจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของสนามแม่เหล็ก ในช่วง "ช่วงเปลี่ยนผ่าน" อนุภาคจักรวาลที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตจะแทรกซึมเข้ามายังโลกมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ สมมติฐานข้อหนึ่งที่อธิบายการหายตัวไปของไดโนเสาร์ระบุว่าสัตว์เลื้อยคลานขนาดยักษ์สูญพันธุ์ไปอย่างแม่นยำในระหว่างการเปลี่ยนขั้วครั้งถัดไป

นอกจาก "ร่องรอย" ของกิจกรรมที่วางแผนไว้เพื่อเปลี่ยนขั้วแล้ว นักวิจัยยังสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เป็นอันตรายในสนามแม่เหล็กโลก จากการวิเคราะห์ข้อมูลอาการของเขาตลอดหลายปีที่ผ่านมา พบว่าในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา สิ่งต่างๆ เริ่มเกิดขึ้นกับเขา นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้บันทึก "การเคลื่อนไหว" ที่คมชัดของสนามมาเป็นเวลานานแล้ว พื้นที่ที่น่ากังวลของนักวิจัยตั้งอยู่ทางตอนใต้ มหาสมุทรแอตแลนติก- "ความหนา" ของสนามแม่เหล็กในบริเวณนี้ไม่เกินหนึ่งในสามของสนามแม่เหล็ก "ปกติ" นักวิจัยสังเกตเห็น “รู” นี้ในสนามแม่เหล็กโลกมานานแล้ว ข้อมูลที่รวบรวมมานานกว่า 150 ปีแสดงให้เห็นว่าสนามข้อมูลที่นี่อ่อนกำลังลงสิบเปอร์เซ็นต์ในช่วงเวลานี้

บน ช่วงเวลานี้เป็นการยากที่จะบอกว่าสิ่งนี้ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อมนุษยชาติอย่างไร ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของความแรงของสนามแม่เหล็กที่อ่อนลงอาจเป็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลก (แม้ว่าจะไม่มีนัยสำคัญก็ตาม) การเชื่อมต่อระหว่างสนามแม่เหล็กของโลกกับก๊าซนี้เกิดขึ้นโดยใช้ระบบดาวเทียมคลัสเตอร์ซึ่งเป็นโครงการขององค์การอวกาศยุโรป นักวิทยาศาสตร์พบว่าสนามแม่เหล็กเร่งไอออนออกซิเจนและ "พ่น" พวกมันออกสู่อวกาศ

แม้ว่าจะไม่สามารถมองเห็นสนามแม่เหล็กได้ แต่ผู้คนในโลกก็รู้สึกดี นกอพยพตัวอย่างเช่น พวกเขาค้นหาถนนโดยมุ่งความสนใจไปที่ถนนนั้นโดยเฉพาะ มีหลายสมมติฐานที่อธิบายว่าพวกเขาสัมผัสสนามได้แม่นยำเพียงใด ข้อมูลล่าสุดแสดงให้เห็นว่านกรับรู้สนามแม่เหล็ก โปรตีนพิเศษ - cryptochromes - ในสายตาของนกอพยพสามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก ผู้เขียนทฤษฎีเชื่อว่า cryptochromes สามารถทำหน้าที่เป็นเข็มทิศได้

นอกจากนกแล้ว เต่าทะเลยังใช้สนามแม่เหล็กของโลกแทน GPS และดังแสดงการวิเคราะห์ภาพถ่ายดาวเทียมที่นำเสนอเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ กูเกิล เอิร์ธ, วัว. หลังจากศึกษาภาพถ่ายวัว 8,510 ตัวในพื้นที่ 308 แห่งของโลก นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าสัตว์เหล่านี้มีความสนใจเป็นพิเศษ (หรือจากใต้ไปเหนือ) ยิ่งไปกว่านั้น “จุดอ้างอิง” สำหรับวัวไม่ได้อิงตามภูมิศาสตร์ แต่เป็นขั้วแม่เหล็กของโลก กลไกที่วัวรับรู้สนามแม่เหล็กและสาเหตุของปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็กนี้ยังไม่ชัดเจน

นอกเหนือจากคุณสมบัติที่โดดเด่นที่ระบุไว้แล้ว สนามแม่เหล็กยังมีส่วนช่วยอีกด้วย เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในสนามที่เกิดขึ้นในพื้นที่ห่างไกลของสนาม

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

สนามแม่เหล็กโลกเป็นผลสืบเนื่องที่น่าทึ่งจากกฎฟิสิกส์ เกราะป้องกัน จุดสังเกต และผู้สร้างแสงออโรร่า หากไม่เป็นเช่นนั้น ชีวิตบนโลกอาจจะดูแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยทั่วไปหากไม่มีสนามแม่เหล็กก็ต้องมีการประดิษฐ์ขึ้นมา

ในศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์หลายคนตั้งสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโลก ตามที่หนึ่งในนั้นสนามปรากฏขึ้นอันเป็นผลมาจากการหมุนของดาวเคราะห์รอบแกนของมัน

มีพื้นฐานมาจากเอฟเฟกต์ของบาร์เน็ตต์-ไอน์สไตน์ที่น่าสงสัย ซึ่งก็คือเมื่อวัตถุใดๆ หมุน จะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น อะตอมในลักษณะนี้มีโมเมนต์แม่เหล็กของตัวเองขณะหมุนรอบแกนของมัน นี่คือลักษณะของสนามแม่เหล็กโลก อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ไม่สามารถต้านทานการทดสอบเชิงทดลองได้ ปรากฎว่าสนามแม่เหล็กที่ได้รับในลักษณะที่ไม่สำคัญนั้นอ่อนกว่าของจริงหลายล้านเท่า

สมมติฐานอีกประการหนึ่งขึ้นอยู่กับการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กเนื่องจากการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของอนุภาคมีประจุ (อิเล็กตรอน) บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ เธอยังกลายเป็นคนล้มละลายอีกด้วย การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอาจทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอมาก และสมมติฐานนี้ไม่ได้อธิบายการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลก เป็นที่รู้กันว่าขั้วแม่เหล็กทิศเหนือไม่ตรงกับขั้วภูมิศาสตร์ทิศเหนือ

ลมสุริยะและกระแสปกคลุมโลก

กลไกการก่อตัวของสนามแม่เหล็กของโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ระบบสุริยะยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วนและยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มีสมมติฐานหนึ่งที่เสนออธิบายการผกผันและขนาดของการเหนี่ยวนำสนามจริงได้ค่อนข้างดี ขึ้นอยู่กับการทำงานของกระแสภายในของโลกและลมสุริยะ

กระแสภายในของโลกไหลอยู่ในเนื้อโลกซึ่งประกอบด้วยสารที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีมาก แหล่งกำเนิดกระแสคือแกนกลาง พลังงานจากแกนกลางสู่พื้นผิวโลกถูกถ่ายโอนโดยการพาความร้อน ดังนั้นในเสื้อคลุมจึงมีการเคลื่อนที่ของสสารอย่างต่อเนื่องซึ่งก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กตามกฎการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุที่รู้จักกันดี หากเราเชื่อมโยงรูปลักษณ์ของมันกับกระแสภายในเท่านั้นปรากฎว่าดาวเคราะห์ทุกดวงที่มีทิศทางการหมุนตรงกับทิศทางการหมุนของโลกควรมีสนามแม่เหล็กเหมือนกัน อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ ขั้วภูมิศาสตร์เหนือของดาวพฤหัสบดีเกิดขึ้นพร้อมกับขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ

กระแสภายในไม่เพียงมีส่วนร่วมในการก่อตัวของสนามแม่เหล็กของโลกเท่านั้น เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่ามันตอบสนองต่อลมสุริยะ ซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากดวงอาทิตย์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของมัน

โดยธรรมชาติแล้วลมสุริยะคือกระแสไฟฟ้า (การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ) เขาสร้างมันขึ้นมาโดยการหมุนของโลก กระแสวงกลมซึ่งนำไปสู่การเกิดสนามแม่เหล็กโลก

เนื้อหาของบทความ

สนามแม่เหล็กของโลกดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ในระบบสุริยะมีสนามแม่เหล็กอยู่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น ลำดับจากมากไปน้อยของไดโพล ช่วงเวลาแม่เหล็กอันดับแรกคือดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ตามด้วยโลก ดาวพุธ และดาวอังคาร และสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็กของโลก 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 ใกล้ภาคเหนือ ขั้วแม่เหล็กเจ = 75° ส, ลิตร = 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 ค่าการนำไฟฟ้าของสารจะสูงพอที่จะทำให้การเคลื่อนที่แบบพาความร้อนที่เกิดขึ้นแม้ในตัวกลางที่มีแม่เหล็กอ่อนสามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งตามกฎหมายของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จะสามารถสร้างสนามแม่เหล็กใหม่ได้ การลดทอนของฟิลด์เหล่านี้อาจเกิดขึ้นได้ พลังงานความร้อน(ตามกฎของจูล) หรือนำไปสู่การเกิดสนามแม่เหล็กใหม่ ขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนไหว สนามเหล่านี้สามารถทำให้สนามเดิมอ่อนลงหรือแข็งแกร่งขึ้นได้ เพื่อปรับปรุงสนาม การเคลื่อนไหวที่ไม่สมดุลบางอย่างก็เพียงพอแล้ว ดังนั้น, เงื่อนไขที่จำเป็นไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าคือการมีอยู่ของการเคลื่อนไหวในตัวกลางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและการมีอยู่ของความไม่สมดุล (เกลียว) ของการไหลภายในของตัวกลางก็เพียงพอแล้ว เมื่อตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ กระบวนการขยายจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งการสูญเสียเนื่องจากความร้อนของจูล ซึ่งเพิ่มขึ้นตามความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น จะทำให้สมดุลของพลังงานที่ไหลเข้ามาเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอุทกพลศาสตร์

เอฟเฟกต์ไดนาโมคือการกระตุ้นตัวเองและการรักษาสนามแม่เหล็กให้อยู่ในสถานะนิ่งเนื่องจากการเคลื่อนที่ของพลาสมาของเหลวหรือก๊าซที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า กลไกของมันคล้ายกับการสร้างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในไดนาโมที่ตื่นเต้นในตัวเอง ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กของโลกของดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ ตลอดจนสนามแม่เหล็กในท้องถิ่น เช่น สนามของจุดดับดวงอาทิตย์และบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสี มีความเกี่ยวข้องกับเอฟเฟกต์ไดนาโม

ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กของโลก (สนามแม่เหล็กโลก) สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วนหลักๆ ดังต่อไปนี้

1. สนามแม่เหล็กหลักของโลกซึ่งประสบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ตามเวลา (การเปลี่ยนแปลงทางโลก) โดยมีคาบตั้งแต่ 10 ถึง 10,000 ปี โดยมีความเข้มข้นในช่วง 10–20, 60–100, 600–1200 และ 8000 ปี อย่างหลังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์แม่เหล็กไดโพลด้วยปัจจัย 1.5–2

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

3. สนามแม่เหล็กของเปลือกนอกในท้องถิ่นที่มีความยาวตั้งแต่หลายถึงหลายร้อยกิโลเมตร เกิดจากการดึงดูดของหินในชั้นบนของโลกซึ่งประกอบกันเป็น เปลือกโลกและตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิว หนึ่งในสิ่งที่ทรงพลังที่สุดคือความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์

4. สนามแม่เหล็กสลับของโลก (หรือที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก) ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดในรูปแบบของระบบกระแสที่อยู่ภายนอก พื้นผิวโลกและในบรรยากาศของมัน แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็กดังกล่าวและการเปลี่ยนแปลงของพวกมันคือการไหลของพลาสมาแม่เหล็กที่มาจากดวงอาทิตย์พร้อมกับลมสุริยะ และสร้างโครงสร้างและรูปร่างของสนามแม่เหล็กโลก

โครงสร้างของสนามแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศโลก

สนามแม่เหล็กของโลกได้รับอิทธิพลจากการไหลของพลาสมาแสงอาทิตย์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กของโลก ขอบเขตด้านนอกของสนามแม่เหล็กใกล้โลกที่เรียกว่าสนามแมกนีโอพอสจึงก่อตัวขึ้น มันจำกัดสนามแมกนีโตสเฟียร์ของโลก เนื่องจากอิทธิพลของการไหลของแสงอาทิตย์ขนาดและรูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์จึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและสนามแม่เหล็กสลับเกิดขึ้นโดยพิจารณาจากแหล่งภายนอก ความแปรปรวนมีต้นกำเนิดมาจากระบบปัจจุบันที่กำลังพัฒนาที่ระดับความสูงต่างๆ ตั้งแต่ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ไปจนถึงภาวะแมกนีโอสเฟียร์ การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกเมื่อเวลาผ่านไปเกิดจาก ด้วยเหตุผลหลายประการเรียกว่าความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งแตกต่างกันทั้งในช่วงเวลาและตำแหน่งบนโลกและในชั้นบรรยากาศ

แมกนีโตสเฟียร์เป็นพื้นที่ในอวกาศใกล้โลกซึ่งควบคุมโดยสนามแม่เหล็กของโลก สนามแมกนีโตสเฟียร์เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของลมสุริยะกับพลาสมาของชั้นบรรยากาศชั้นบนและสนามแม่เหล็กของโลก รูปร่างของแมกนีโตสเฟียร์นั้นเป็นโพรงและหางยาวซึ่งทำซ้ำรูปร่างของเส้นสนามแม่เหล็ก จุดต่ำกว่าดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ระยะทาง 10 รัศมีโลก และหางของแมกนีโตสเฟียร์ขยายออกไปเลยวงโคจรของดวงจันทร์ โทโพโลยีของแมกนีโตสเฟียร์ถูกกำหนดโดยพื้นที่ของการบุกรุกพลาสมาของแสงอาทิตย์เข้าไปในแมกนีโตสเฟียร์และธรรมชาติของระบบปัจจุบัน

หางแมกนีโทเทลจะเกิดขึ้น เส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกที่โผล่ออกมาจากบริเวณขั้วโลกและขยายออกไปภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะจนถึงรัศมีโลกหลายร้อยรัศมีจากดวงอาทิตย์ถึงด้านกลางคืนของโลก ผลก็คือ พลาสมาของลมสุริยะและกระแสเลือดจากแสงอาทิตย์ดูเหมือนจะไหลไปรอบๆ สนามแมกนีโตสเฟียร์ของโลก ทำให้มันมีรูปร่างหางที่แปลกประหลาด ที่ส่วนหางของแมกนีโตสเฟียร์ในระยะห่างจากโลกมาก ความแรงของสนามแม่เหล็กของโลกและคุณสมบัติการป้องกันของพวกมันจึงอ่อนลง และอนุภาคของพลาสมาแสงอาทิตย์บางส่วนสามารถเจาะและเข้าสู่ด้านในของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกและ กับดักแม่เหล็กของสายพานรังสี 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

ลมแดด -

การไหลของพลาสมาจากโคโรนาสุริยะสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ในระดับวงโคจรของโลก ความเร็วเฉลี่ยอนุภาคลมสุริยะ (โปรตอนและอิเล็กตรอน) อยู่ที่ประมาณ 400 กม./วินาที จำนวนอนุภาคคือหลายสิบต่อ 1 ซม. 3

พายุแม่เหล็ก.

ลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กในท้องถิ่นเปลี่ยนแปลงและผันผวน บางครั้งนานหลายชั่วโมง จากนั้นกลับคืนสู่ระดับเดิม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า พายุแม่เหล็ก. พายุแม่เหล็กมักเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและพร้อมกันทั่วโลก

การแปรผันของธรณีแม่เหล็ก

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เรียกว่าความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลก ความแตกต่างระหว่างความแรงของสนามแม่เหล็กที่สังเกตได้กับค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาที่ยาวนานใดๆ เช่น หนึ่งเดือนหรือหนึ่งปี เรียกว่าความแปรผันทางภูมิศาสตร์ จากการสังเกต ความแปรผันของสนามแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป และการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมักเกิดขึ้นเป็นระยะ

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 พบว่าความแปรผันตามฤดูกาลของกิจกรรมแม่เหล็กมีสองค่าสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับคาบของศารทวิษุวัต และค่าต่ำสุดสองค่าซึ่งสอดคล้องกับคาบของอายัน สาเหตุของการแปรผันเหล่านี้คือการก่อตัวของบริเวณกัมมันต์บนดวงอาทิตย์ ซึ่งจัดกลุ่มเป็นโซนตั้งแต่ละติจูดเฮลิโอกราฟิกที่ 10 ถึง 30° เหนือและใต้ ดังนั้น ในช่วง Equinoxes เมื่อระนาบของโลกและเส้นศูนย์สูตรสุริยะตรงกัน โลกจึงมีความอ่อนไหวต่อการกระทำของบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีมากที่สุดบนดวงอาทิตย์

การเปลี่ยนแปลง 11 ปี- ความเชื่อมโยงระหว่างกิจกรรมสุริยะกับกิจกรรมแม่เหล็กปรากฏชัดเจนที่สุดเมื่อเปรียบเทียบ แถวยาวการสังเกต ผลคูณของช่วง 11 ปี กิจกรรมแสงอาทิตย์- การวัดกิจกรรมสุริยะที่รู้จักกันดีที่สุดคือจำนวนจุดดับ พบว่าในรอบหลายปี ปริมาณสูงสุดกิจกรรมแม่เหล็กบนจุดดับดวงอาทิตย์ก็ถึงค่าสูงสุดเช่นกัน แต่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมแม่เหล็กนั้นค่อนข้างล่าช้าเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมสุริยะ ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วความล่าช้านี้คือหนึ่งปี

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

แถบรังสีและรังสีคอสมิก

แถบรังสีของโลกเป็นสองบริเวณของพื้นที่ใกล้โลกที่ใกล้ที่สุด ซึ่งล้อมรอบโลกในรูปของกับดักแม่เหล็กแบบปิด

ประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ถูกจับโดยสนามแม่เหล็กไดโพลของโลก สนามแม่เหล็กโลกก็มี อิทธิพลที่แข็งแกร่งเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่อยู่ใกล้โลก นอกโลก- 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 หากรัศมีลาร์มอร์มีขนาดเล็กกว่ารัศมีของโลกมาก อนุภาคจะไปไม่ถึงพื้นผิวของมัน แต่จะถูกจับโดยสนามแม่เหล็กของโลก หากรัศมีลาร์มอร์มีขนาดใหญ่กว่ารัศมีของโลก อนุภาคจะเคลื่อนที่ราวกับว่าไม่มีสนามแม่เหล็ก อนุภาคจะทะลุผ่านสนามแม่เหล็กของโลกในบริเวณเส้นศูนย์สูตรหากพลังงานของพวกมันมากกว่า 10 9 eV อนุภาคดังกล่าวบุกรุกชั้นบรรยากาศ และเมื่อชนกับอะตอม จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ซึ่งก่อให้เกิดรังสีคอสมิกทุติยภูมิจำนวนหนึ่ง รังสีคอสมิกทุติยภูมิเหล่านี้ถูกตรวจพบบนพื้นผิวโลกแล้ว เพื่อศึกษารังสีคอสมิกในรูปแบบดั้งเดิม (รังสีคอสมิกปฐมภูมิ) อุปกรณ์จะถูกยกขึ้นบนจรวดและ ดาวเทียมประดิษฐ์โลก. ประมาณ 99% ของอนุภาคพลังงานที่ "เจาะ" เกราะแม่เหล็กของโลกนั้นเป็นรังสีคอสมิกที่มีต้นกำเนิดจากกาแลคซี และมีเพียงประมาณ 1% เท่านั้นที่ก่อตัวในดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กของโลกกักเก็บอนุภาคพลังงานจำนวนมาก ทั้งอิเล็กตรอนและโปรตอน พลังงานและความเข้มข้นขึ้นอยู่กับระยะห่างจากโลกและละติจูดธรณีแม่เหล็ก อนุภาคดังกล่าวเต็มไปด้วยวงแหวนหรือแถบขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบโลกรอบเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก

เอ็ดเวิร์ด โคโนโนวิช