В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Другим примером современных молелей является Всемирная магнитная модель (%ог1д Маяпег(с Мобе!,ЖММ, Мгр://тих.паде.пола,Вот/йеошай/%ММ/). В 2015 г, принята модель тт"М М2015, которая будет лействовать до 2020 г. Для международного эталонного геомагнитного поля используются члены до ! 3-го порядка включительно; т е.
модель не отражает локальных (размеров меньше 200 — 300 км) аномалий магнитного поля на поверхности Земли, Современные модели имеют точность в пределах одного градуса для магнитного склонении и наклонения н в пределах 0,1 мкТл для интенсивности. Магнитное поле Земли обычно представляется в виде карт изолиний (линий равных значеняй) элементов поля (рис. 7.3), рассчитанных по аналитическим моделям на определенный момент времени. Изолинии склонения называются изогинами, а изолинии наклонения -- изик~шними.
7.1.$. Основные параметры магнитного поля планет Магнитные поля широко распространены во Вселенной. Магнитное поле имею~ звезды (в том числе Солнце), облака плазмы. Магнитные поля обнаружены у всех планет, кроме Плутона (возможно, нз-за слабой изученности) н Луны.
Основные характеристики магнитного поля планет приведены в табл. 7,2. Габниии 72 Основные харалтерястлим магнитного поля планет и" ! О' !5 5 И'5 05 750' !77'и Мтм 555И 0' 45 О 00 Е 755*0 и ' м' 70' 75 ' О 'ОЪ я7ъ О" ОИ 05 И К7ГИ 557Я О М'С ЯГС 775 ! !и 70'" ОО и' и' 70' !М !7700 М7Я 557И О' 05*О ОО'! ! ГЕ 750 Рис. 2.3. Характеристики магнитного поля для зпоки 2015 гз а — полная напряженность Тмагнитного поля (изолинии проведены через 1ООО нТл); 6 — магнитное наклонение ) для зпоки 2015 г.(изолинии проведены через 2 ); в — магнитное склонение Р (изолинии проведены через 2 ) (по Ото)))ат е1 а).. 2015 .
Р. 66-62) 233 Окончание табл 72 7.2. ГЛАВНОЕ И АНОМАЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Наблюлаемое на поверхности Земли магнитное поле обычно прелставляют в виде суммы трех полей, источники которых имеют различные физические механизмы и различное местоположение т ок ке' Основное, или главное, геомагнитное поле Т генерируется в ядре Земли. Электромагнитное (ЭМ) поле Тее имеет источник в верхних слоях атмосферы: это токовые системы и системы взаимодействия солнечного ветра (потока частиц от Солнца) с силовыми линиями геомагнитного поля в околоземном пространстве (см, рис. 7.1). Супгествует также поле, создаваемое намагниченными горными поролами, расположенными в поверхностных слоях Земли. Это поле называется аномальным геомш нитным полем Г„,.
Введенное Гауссом представление геомагнйтного поля позволило установить, что лишь незначительная часть поля создается вне Земли (токами в ионосфере), а основная часть генерируется внутри Земли. Вклал главного поля составляет более 95%, аномального полив около 4%, внешнего (ЭМ) поля — менее 1%. 7.2.1. Дипольное приближение магнитного поля Земли В.
Гяльберт (трактат кО магните, магнитных телах и о битном магнигне — Землек (1600) первым представил магнитное поле Земли как поле липоля, расположенного внутри Земли. Галсе показал это математически, определив, что основной вклад в земное магнитное поле составляет поле диполя, размешенного вблизи центра Земли (рис. 7,4), Сферический гармонический анализ по методу Гаусса по- Рис, 7.4. Поле магнитного диполя; а — силовые линии поля, создаваемого точечным диполем, ось которого совпадает с осью вращения Земли; о — поле точечного дипопя на поверхности сферы казал, по главное геомагнитное поле состоит из диполыюй части (полее 80% щавного поля) и недипольлой части. Тот факт, что магнитное поле Земли является в основном липольным, позволяет определять магнитную широту в любой точке Земли.
в которой измерена величина наклонения (!), Магнитный потенциал точечного ли поля (т е. размер которого мал по сравнению с расстоянием ло точки наблюдения) в системе координат, связанной с осью диполя. равен М У = — совО, гз (7.8) Э(У 2М Уы- — = — соа9, а (7.9) 1д(У М Н = — — = — а!пО, г дО (7.10) откуда гле М вЂ” магнитный момент липоля; г — радиус-вектор, соединяющий центр липоля и данную точку; Π— полярный угол между осью липоля и направлением к данной точке. д(7 1 дб' Производные магнитного потенциала — и — — есть состава» г ЭО лающие поля в направлениях вдоль радиус-вектора и перпендикулярно ему. т.е.
вертикальная и горизонтальная составляющие поля Однако !87 = 27Н, так что: !81 = 2с!80, или г87 = 2!8у„, (7.12) тле 4 м .= 90' — 6 — угол, называемый магнитная широтой, который отсчйтывается от магнитного экватора, где У= О. На рис. 7.4, и, где показаны силовые линии дипольного поля, видно, что силовые линии пересекают поверхность земного шар» пол разными углами — на полюсах под углом 90', на экваторе силовые линии параллельны поверхности Земли.
Согласно приведенным соотношениям, напряженность поля (например, вертикальная составлявшая) убывает с удалением от центра диполя как 1/г' — этот эффект был проверен еше в Х(Х в. при г!одъеые на воздушных шарах и спуске в глубокие шахты. В настоящее время эти соотношения подтверждаются многочисленными измерениями на искусственных спутниках Земли, снабженных магнитометрами.
7.2.2. Наклоненный эксцентрмчесюей диполь Приведенные выше простые соотношения применимы для случая диполя, ось которого совпадает с осью вращения Земли. Для описания магии~ного поля Земли лучшее приближение дает наклоненный диполь (рис. 7.5). При этом использую~ следующую терминологию. 1еомогнитныи палик — условная точка, в которой ось диполя пересекает поверхность Земли. В настоящее время ось диполя, аппроксимирующего магнитное поле Земли, отклонена от оси ее вращения на ! 1,5', так что ось диполя пересекает поверхность Земли в канадской Арктике (северный геомагнитный полюс) в точке с координатами 78,8 слп.
и 70,9' з.д. и в противоположной точке в Антарктиле (юхеный геомагншпный полюс). (2ентр диполя несколько смещен относительно центра Земли (на = 490 км) в сторону Индонезии. Такой диполь называют эксцентрическим„а точка, в которую он помещается, — магнитным иеитром Земли. Магнитный центр Земли не является неподвижным: с 1830 по 1970 г он удалился от центра Земли на северо-запад с рассюяния 0,04 й .ло 0,07 Я, 1еомагнитный эквшпор — линия, на которой дшюльное ноле горизонтально (пересечение плоскости, перпендикулярной оси диполя, с поверхностью Земли).
й(агнитный полюс (истинный) — точка на поверхности Земли, где магнитное поле направлено вертикально, те. О = О, 7 =+90'„координаты северного магнитного полюса 75' слп., 100" в.д. йгагнитный эквагнор — линия, на которой магнитное поле горизонтально, т.е. У,=О, 7=0. Следует отметить, что современная полярность магнитного поля, называемая нормальной, такова, что северный магнитный полюс м нна яннис ( и на Мнгншнн эюитнн ц О') Юннна ннпнпнян ннн|нн ) Г -90') Рис. 7.5. Аппроксимация гномагнитного поля полем диполя (тот, из которо) о„как считается, выходят магнитные линии) располагается вблизи южного географического.
Но называются геомагнитные полюсы в соответствии с близлежащими географическими. Потенциал дипольного поля лаклолеллого дилолл описывается выражением () = — ~х, соз0+ ~Л)'соаХ+ /г,'а(пХ)н(п61, (7.! 3) г где Х) = 7 геохи), Л) = — зх(пйсовЛ, Щ = — за(пОз(пЛ: О = 90' - Ф, н М ) М ) М, Л; Ф вЂ” географические долгота и широта геомагнитного полюса; 0 — полярный угол (географический), Поскольку магнитное поле Земли аппроксимируется центральным диполем с круго)юй симметрией по отношению к оси этого диполя, то это позволяет по магнитному склонению 7) и магнитному наклонению 7, измеренным в любой точке поверхности земного шара. определить географические координаты — широту и долготу положения геомагнитного полюса ((7,8) — (7.13)).
7.2.3. Йедипоиьное пале Недипольное поле, составляющее около 20% главного поля, называют также осл)ил)очлызг. Описание главного поля с помощью сферического анализа будет тем точнее, чем больше иулснлилон)ей более высокого порядка, расположенных в центре Земли. будет учтено, т.е. чем больше членов разложения взято в (7.7).
Недипольная составляющая может быть определена вычитанием дипольною поля из наблюдаемою геомагнитного. Вид недипального геомагнитного поля предста!нен на рис. 7.6. со'» по'»' кгн мги м«о о' и ь мч ого ао"о ов о и' 3о' ов ~:о'т«ао'» м.«ти оо«о о* Рис.7.6. Недипольное геомагнитное поле для эпохи 1945 г. («лицо клоуна»): стрелки — горизонтальная компонента недипольного поля; контуры соединяют точки с одинаковой величиной вертикальной компоненты недипольного поля; жирные линии — О, тонкие черные линии — положительные значения (направление вниз); серые — отрицательные (направление вверх); линии проведены через 0,02 Э (по Ви(!аг6 ес а!., 1950; из Вот!ег, 1992. й 6), 7.2.4.
Вариации геомагннтного поня Наблюдения элементов магнитного поля Земли, проведенные в различных точках поверхности, показывают, что они не остаются постоянными во времени. Эти изменения называют вариациями геомагнитною поля. Вариации в зависимости от их периода можно разделить на два принципиально различных типа: быстротечные периодического характера (от долей секунды до нескольких месяцев) и медленные вариации среднегодовых элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
