МУ-Э-80 (1003818), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Гильберт подтвердил своепредположение на опыте: он изготовил магнит сферической формы и,приближая к поверхности шара магнитную стрелку, показал, что она всегдаустанавливаетсятакже,какстрелкакомпасана3емле.Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное полепостоянного магнита (см. рис. П.1) .Рис. П.1.В 1702 году знаменитый астроном Э. Галлей создает первые магнитныекарты Земли.Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 7080 тыс. км. Магнитосфера экранирует поверхность Земли, защищает отвредного влияния заряженных частиц высоких энергий и космических лучей,определяет характер погоды.
Магнитное поле Солнца во много раз больше,чем Земное.Известно, что одноименные магнитные полюсы отталкиваются, аразноимённые притягиваются. Почему же стрелка компаса своим севернымполюсом показывает на север, а южным - на юг?28Рис. П.2.Какой же из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсуЗемли? Или, иначе говоря, который из двух полюсов Земли - северный илиюжный лежит в той стороне, куда указывает северный конец магнитнойстрелки? Прав тот, кто говорит, что на северный полюс Земли(географический) указывает северный конец магнитной стрелки (см. рис.П.2).
А это значит, что на севере Земли лежит южный магнитный полюсЗемли, его координаты 75°,6 с. ш., 101° з. д. (данные на 1965 г.). СеверныймагнитныйполюсЗемлинаходитсявАнтарктиде,его координаты 66°,3 ю.ш., 141° в. д. ( по данным на 1965 г.).Магнитные полюсы Земли медленно дрейфуют.Рис. П.3.Человек, смотря на компас, шагает прямо в ту сторону, куда указываеттемным концом магнитная стрелка (см. рис. П.3). Он «идет по компасу» насевер к полюсу. Куда он придёт? Большинство наверняка сделает одну и туже ошибку. Обычно думают, что человек должен был прийти на северныйгеографический полюс Земли.
А на самом деле он прибыл на островСомерсет,расположенныйнасевернойоконечностиСеверной Америки, где находится южный магнитный полюс Земли.29Радиационные пояса ЗемлиМагнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрическиечастицы, движущиеся в межпланетном пространстве около Земли. Этичастицы можно разбить на две группы: космические лучи, т.е. электроны,протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световымискоростями, главным образом из других частей Галактики, и корпускулярныепотоки — электрические частицы, выброшенные Солнцем.
В магнитномполе электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы какбы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиусэтого воображаемого цилиндра зависит от напряжённости поля и энергиичастицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряжённости полярадиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиусмного меньше, чем радиус Земли, частица не достигает её поверхности: оназахватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус многобольше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитногополя нет.
Заметим, что попадает ли частица на поверхность Земли или нетзависит не только от ларморовского радиуса, но и от прицельного расстояниятраектории. Расчёт показывает, что частицы проникают сквозь магнитноеполе Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 10 9 эВ. Такиечастицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с её атомамиядерные превращения, которые дают определённые количества вторичныхкосмических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируютсяна поверхности Земли. Для исследования космических лучей в ихпервоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуруподнимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99%энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являютсякосмическими лучами галактического происхождения и лишь около 1%образуется на Солнце.В 1958 г., когда аппаратура для исследования космических лучей(счетчики Гейгера и сцинтилляционные счетчики) была впервые запущена наискусственных спутниках Земли, советские и американские исследователистолкнулись с неожиданным явлением: приборы указывали на огромнуюплотность высокоэнергичных частиц в ближайших окрестностях Земли.
Этоявление было понято не сразу и в последующие годы интенсивноисследовалось. Было установлено, что магнитное поле Земли захватывает иудерживает огромное число высокоэнергичных частиц: электронов,протонов, -частиц и ядер более тяжёлых химических элементов, энергиякоторых находится в пределах от десятков килоэлектронвольт до сотенмегаэлектронвольт . Их энергия и концентрация зависят от расстояния до30Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольцаили пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.Обнаружены два основных радиационных пояса. Внутренний пояссостоит из протонов с энергией около 108эВ и электронов с энергией 20500 кэВ. Он начинается на высоте 2400 и кончается на высоте 5600 км ирасположен между широтами ±30.
Внешний пояс радиации расположен павысотах от 12000 до 20000 км и состоит из протонов и электронов меньшейэнергии. Понятие поясов в достаточной мере условно, их границы и размерызависят от того, какие именно частицы и с какими энергиями принимаются врасчет при анализе измерений. На высоте 50000-60000 км расположен третийпояс радиации, состоящий из электронов с энергией 200 эВ.Всю область околоземного пространства, заполненную заряженнымичастицами,движущимисявмагнитноеполеЗемли,называют магнитосферой.Онаотделенаотмежпланетногопространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярныхпотоков («солнечного ветра») обтекают магнитосферу. О существованиикорпускулярных потоков было известно задолго до эпохи искусственныхспутников.Еще в XVII веке было замечено, что магнитное поле Земли можетиспытывать изменения.
Вариации магнитного поля Земли во времени былизафиксированы в 1635 году Г.Геллибрандтом, профессором астрономииГрешам-Колледжа (Лондон). Позднее было установлено, что существуютпостоянные и кратковременные изменения магнитного поля Земли.Причиной постоянных изменений является наличие залежей полезныхископаемых. На Земле имеются такие территории, где её собственноемагнитное поле сильно искажается залеганием железных руд. Например,Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области. Причинакратковременных изменений магнитного поля Земли - действие "солнечноговетра", т.е.
действие потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем.Магнитное поле этого потока взаимодействует с магнитным полем Земли,возникают «магнитные бури».На частоту и силу магнитных бурь влияет солнечная активность.В годы максимума солнечной активности (один раз в каждые 11,5 лет)возникают такие магнитные бури, что нарушается радиосвязь, а стрелкикомпасов начинают «плясать». Склонение и наклонение изменяются иколеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются допрежнего уровня.
Магнитные бури часто начинаются внезапно иодновременно во всем мире.31В высоких широтах во время возмущений магнитного полянаблюдаются полярные сияния . Они могут продолжаться несколько минут,но часто видимы в течение нескольких часов. Полярные сияния сильноразличаются по форме, цвету и интенсивности, причем все этихарактеристики иногда очень быстро меняются во времени. Спектр полярныхсияний состоит из эмиссионных линий и полос. В спектре сиянийусиливаются некоторые из эмиссий ночного неба, прежде всего зеленая икрасная линии = 5577Å и = 6300Å кислорода. Бывает, что одна из этихлиний во много раз интенсивнее другой, и это определяет видимый цвет небасияний, зеленый или красный.Возмущения магнитного поля сопровождаются также нарушениямирадиосвязи в полярных районах.
Причиной нарушения являются изменения вионосфере, которые означают, что во время магнитных бурь действуетмощный источник ионизации. Было установлено, что сильные магнитныебури происходят при наличии вблизи центра солнечного диска большихгрупп пятен. Последующие наблюдения показали, что бури связаны не ссамими пятнами, а с солнечными вспышками, которые появляются во времяразвития группы пятен.Жесткое излучение вспышки вызывает в ионосфере резкое добавочноеувеличение ионизации, сопровождающеесявозмущением общегомагнитного поля Земли.
Во время вспышки особенно усиливается наиболеежесткий компонент рентгеновских лучей, который увеличивает ионизациюглавным образом в ионосферном слое D(в 5-10 раз). Слой начинает сильнопоглощать короткие радиоволны, примерно до 100 м, и отражать длинныекилометровые волны. Первое — приводит к замиранию радиослышимости накоротких волнах, а второе — к усилению слышимости далеких станций надлинных волнах.Корпускулярное излучение Солнца, также связанное со вспышками,вызывает магнитные бури и полярные сияния.Корпускулярный поток, обычно движущийся со скоростями в среднемоколо 1000 км/с, достигает Земли, как правило, через сутки после того, какнаблюдаласьхромосфернаявспышка.Онпредставляетсобойбыстродвижущуюся плазму, которая тормозится магнитным полем Земли,препятствующим движению ионизованного газа поперек магнитных силовыхлиний.
В результате корпускулярный поток останавливается, деформируяпри этом магнитные силовые линии, т.е. вызывая возмущения магнитногополя Земли — магнитные бури.Частицы корпускулярных потоков захватываются магнитным полемЗемли и наполняют внешний радиационный пояс. В полярных районахусловия для захвата частиц менее благоприятны. Здесь электроны и протоны,32двигаясь по спирали вдоль силовой линии, могут проникнуть в атмосферудаже при относительно малых энергиях, соответствующих корпускулярнымпотокам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
