Kulingana na maoni ya kisasa, iliundwa takriban miaka bilioni 4.5 iliyopita, na tangu wakati huo sayari yetu imezungukwa na uwanja wa sumaku. Kila kitu duniani, ikiwa ni pamoja na watu, wanyama na mimea, huathiriwa nayo.
Sehemu ya sumaku inaenea hadi urefu wa kilomita 100,000 (Mchoro 1). Hugeuza au kunasa chembechembe za upepo wa jua ambazo ni hatari kwa viumbe hai vyote. Chembe hizi zilizochajiwa huunda ukanda wa mionzi ya Dunia, na eneo lote la nafasi ya karibu na Dunia ambamo zimo huitwa. sumaku(Mchoro 2). Kwa upande wa Dunia iliyoangaziwa na Jua, sumaku imepunguzwa na uso wa duara na radius ya takriban 10-15 ya radi ya Dunia, na kwa upande mwingine inapanuliwa kama mkia wa comet kwa umbali wa hadi elfu kadhaa. Radi ya dunia, kutengeneza mkia wa geomagnetic. Magnetosphere imetenganishwa na uwanja wa interplanetary na eneo la mpito.
Miti ya sumaku ya dunia
Mhimili wa sumaku ya dunia umeelekezwa kuhusiana na mhimili wa mzunguko wa dunia kwa 12 °. Iko takriban kilomita 400 kutoka katikati ya Dunia. Pointi ambazo mhimili huu unaingilia uso wa sayari ni miti ya sumaku. Nguzo za sumaku za Dunia haziendani na nguzo za kweli za kijiografia. Hivi sasa, kuratibu za miti ya magnetic ni kama ifuatavyo: kaskazini - 77 ° kaskazini latitude. na 102 ° W; kusini - (65° S na 139° E).
Mchele. 1. Muundo wa shamba la sumaku la Dunia
Mchele. 2. Muundo wa magnetosphere
Mistari ya nguvu inayoendesha kutoka pole moja ya sumaku hadi nyingine inaitwa meridians ya magnetic. Pembe huundwa kati ya meridians ya sumaku na kijiografia, inayoitwa kupungua kwa sumaku. Kila mahali Duniani kuna pembe yake ya kupungua. Katika mkoa wa Moscow angle ya kupungua ni 7 ° kuelekea mashariki, na huko Yakutsk ni karibu 17 ° kuelekea magharibi. Hii ina maana kwamba mwisho wa kaskazini wa sindano ya dira huko Moscow inapotoka na T kwa haki ya meridian ya kijiografia inayopitia Moscow, na huko Yakutsk - kwa 17 ° hadi kushoto ya meridian inayofanana.
Sindano ya sumaku iliyosimamishwa kwa uhuru iko kwa usawa tu kwenye mstari wa ikweta ya sumaku, ambayo hailingani na ile ya kijiografia. Ikiwa unasonga kaskazini mwa ikweta ya sumaku, mwisho wa kaskazini wa sindano utashuka polepole. Pembe inayoundwa na sindano ya magnetic na ndege ya usawa inaitwa mwelekeo wa sumaku. Katika miti ya sumaku ya Kaskazini na Kusini, mwelekeo wa sumaku ni mkubwa zaidi. Ni sawa na 90 °. Katika Ncha ya Magnetic ya Kaskazini, sindano ya sumaku iliyosimamishwa kwa uhuru itawekwa kwa wima na mwisho wake wa kaskazini chini, na kwenye Ncha ya Magnetic Kusini mwisho wake wa kusini utashuka. Kwa hivyo, sindano ya sumaku inaonyesha mwelekeo wa mistari ya shamba la sumaku juu ya uso wa dunia.
Baada ya muda, nafasi ya miti ya magnetic kuhusiana na uso wa dunia inabadilika.
Nguzo hiyo ya sumaku iligunduliwa na mchunguzi James C. Ross mwaka wa 1831, mamia ya kilomita kutoka eneo ilipo sasa. Kwa wastani, inasonga km 15 kwa mwaka mmoja. Katika miaka ya hivi karibuni, kasi ya harakati ya miti ya magnetic imeongezeka kwa kasi. Kwa mfano, Ncha ya Magnetic ya Kaskazini kwa sasa inasonga kwa kasi ya kilomita 40 kwa mwaka.
Mageuzi ya miti ya sumaku ya Dunia inaitwa inversion ya shamba la magnetic.
Katika historia ya kijiolojia ya sayari yetu, uwanja wa sumaku wa Dunia umebadilisha polarity yake zaidi ya mara 100.
Sehemu ya sumaku ina sifa ya ukali. Katika baadhi ya maeneo duniani, mistari ya uga wa sumaku hupotoka kutoka kwenye uga wa kawaida, na kutengeneza hitilafu. Kwa mfano, katika eneo la Kursk Magnetic Anomaly (KMA), nguvu ya shamba ni mara nne zaidi kuliko kawaida.
Kuna tofauti za kila siku katika uwanja wa sumaku wa Dunia. Sababu ya mabadiliko haya katika uwanja wa sumaku wa Dunia ni mikondo ya umeme inayopita angani kwenye miinuko ya juu. Wao husababishwa na mionzi ya jua. Chini ya ushawishi wa upepo wa jua, uwanja wa sumaku wa Dunia umepotoshwa na hupata "njia" katika mwelekeo kutoka kwa Jua, ambayo inaenea kwa mamia ya maelfu ya kilomita. Sababu kuu ya upepo wa jua, kama tunavyojua tayari, ni kutolewa kwa vitu kutoka kwa taji ya jua. Wanapoelekea Duniani, hubadilika kuwa mawingu ya sumaku na kusababisha usumbufu mkali, wakati mwingine uliokithiri Duniani. Usumbufu mkubwa haswa wa uwanja wa sumaku wa Dunia - dhoruba za sumaku. Dhoruba zingine za sumaku huanza ghafla na karibu wakati huo huo katika Dunia nzima, wakati zingine hukua polepole. Wanaweza kudumu kwa masaa kadhaa au hata siku. Dhoruba za sumaku mara nyingi hutokea siku 1-2 baada ya mwako wa jua kutokana na Dunia kupita kwenye mkondo wa chembe zinazotolewa na Jua. Kulingana na muda wa kuchelewa, kasi ya mtiririko huo wa corpuscular inakadiriwa kuwa milioni kadhaa km / h.
Wakati wa dhoruba kali za magnetic, operesheni ya kawaida ya telegraph, simu na redio huvunjika.
Dhoruba za sumaku mara nyingi huzingatiwa kwa latitudo 66-67 ° (katika eneo la aurora) na hufanyika wakati huo huo na auroras.
Muundo wa uwanja wa sumaku wa Dunia hutofautiana kulingana na latitudo ya eneo hilo. Upenyezaji wa uwanja wa sumaku huongezeka kuelekea miti. Juu ya maeneo ya polar, mistari ya uga wa sumaku ni zaidi au chini ya uelekeo wa uso wa dunia na ina usanidi wa umbo la faneli. Kupitia kwao, sehemu ya upepo wa jua kutoka mchana hupenya kwenye sumaku na kisha kwenye anga ya juu. Wakati wa dhoruba za magnetic, chembe kutoka mkia wa magnetosphere hukimbilia hapa, kufikia mipaka ya anga ya juu katika latitudo za juu za Hemispheres ya Kaskazini na Kusini. Ni chembe hizi za kushtakiwa ambazo husababisha auroras hapa.
Kwa hivyo, dhoruba za sumaku na mabadiliko ya kila siku kwenye uwanja wa sumaku huelezewa, kama tulivyokwishagundua, na mionzi ya jua. Lakini ni sababu gani kuu inayounda sumaku ya kudumu ya Dunia? Kinadharia, iliwezekana kudhibitisha kuwa 99% ya uwanja wa sumaku wa Dunia husababishwa na vyanzo vilivyofichwa ndani ya sayari. Sehemu kuu ya sumaku husababishwa na vyanzo vilivyo kwenye kina cha Dunia. Wanaweza kugawanywa takriban katika vikundi viwili. Sehemu kuu yao inahusishwa na michakato katika msingi wa dunia, ambapo, kutokana na harakati za mara kwa mara na za mara kwa mara za suala la umeme, mfumo wa mikondo ya umeme huundwa. Nyingine ni kutokana na ukweli kwamba miamba ya ukanda wa dunia, inapopigwa sumaku na shamba kuu la umeme (shamba la msingi), huunda shamba lao la magnetic, ambalo linafupishwa na shamba la magnetic ya msingi.
Mbali na uwanja wa magnetic kuzunguka Dunia, kuna mashamba mengine: a) mvuto; b) umeme; c) joto.
Uwanja wa mvuto Dunia inaitwa uwanja wa mvuto. Inaelekezwa kando ya mstari wa bomba perpendicular kwa uso wa geoid. Ikiwa Dunia ilikuwa na sura ya ellipsoid ya mapinduzi na raia walikuwa sawasawa kusambazwa ndani yake, basi ingekuwa na uwanja wa kawaida wa mvuto. Tofauti kati ya ukubwa wa uwanja halisi wa mvuto na ule wa kinadharia ni upungufu wa mvuto. Muundo wa nyenzo tofauti na wiani wa miamba husababisha makosa haya. Lakini sababu zingine pia zinawezekana. Wanaweza kuelezewa na mchakato ufuatao - usawa wa ukoko wa dunia dhabiti na nyepesi kwenye vazi zito zaidi la juu, ambapo shinikizo la tabaka za juu husawazishwa. Mikondo hii husababisha deformations tectonic, harakati ya sahani lithospheric na hivyo kujenga macrorelief ya Dunia. Mvuto unashikilia angahewa, hydrosphere, watu, wanyama duniani. Mvuto lazima uzingatiwe wakati wa kusoma michakato katika bahasha ya kijiografia. Muhula " geotropism"Ni harakati za ukuaji wa viungo vya mmea, ambavyo, chini ya ushawishi wa nguvu ya mvuto, daima huhakikisha mwelekeo wa wima wa ukuaji wa mizizi ya msingi perpendicular kwa uso wa Dunia. Biolojia ya mvuto hutumia mimea kama masomo ya majaribio.
Ikiwa mvuto hauzingatiwi, haiwezekani kuhesabu data ya awali ya kuzindua roketi na spacecraft, kufanya uchunguzi wa gravimetric wa amana za madini, na, mwishowe, maendeleo zaidi ya unajimu, fizikia na sayansi zingine haiwezekani.
Mnamo 1905, Einstein alitaja sababu ya sumaku ya ardhi kuwa moja ya siri kuu tano za fizikia ya kisasa.
Pia mwaka wa 1905, mwanajiofizikia wa Kifaransa Bernard Brunhes alifanya vipimo vya sumaku ya amana za lava ya Pleistocene katika idara ya kusini ya Cantal. Vector ya magnetization ya miamba hii ilikuwa karibu digrii 180 na vector ya shamba la magnetic ya sayari (mtani wake P. David alipata matokeo sawa hata mwaka mmoja mapema). Brunhes alifikia hitimisho kwamba robo tatu ya miaka milioni iliyopita, wakati wa kumwagika kwa lava, mwelekeo wa mistari ya uwanja wa geomagnetic ulikuwa kinyume na kisasa. Hivi ndivyo athari ya ubadilishaji (kubadilika kwa polarity) ya uwanja wa sumaku wa Dunia iligunduliwa. Katika nusu ya pili ya miaka ya 1920, hitimisho la Brunhes lilithibitishwa na P. L. Mercanton na Monotori Matuyama, lakini mawazo haya yalipata kutambuliwa tu katikati ya karne.
Sasa tunajua kwamba uwanja wa geomagnetic umekuwepo kwa angalau miaka bilioni 3.5, na wakati huu nguzo za sumaku zimebadilishana mahali mara maelfu (Brunhes na Matuyama walisoma mabadiliko ya hivi karibuni, ambayo sasa yana majina yao). Wakati mwingine uwanja wa geomagnetic hudumisha mwelekeo wake kwa makumi ya mamilioni ya miaka, na wakati mwingine kwa si zaidi ya karne mia tano. Mchakato wa inversion yenyewe kawaida huchukua miaka elfu kadhaa, na baada ya kukamilika, nguvu ya shamba, kama sheria, hairudi kwa thamani yake ya awali, lakini inabadilika kwa asilimia kadhaa.
Utaratibu wa inversion ya geomagnetic haueleweki kabisa hadi leo, na hata miaka mia moja iliyopita haikuruhusu maelezo ya busara hata kidogo. Kwa hivyo, uvumbuzi wa Brunhes na David uliimarisha tu tathmini ya Einstein - kwa kweli, sumaku ya dunia ilikuwa ya kushangaza sana na isiyoeleweka. Lakini kufikia wakati huo ilikuwa imesomwa kwa zaidi ya miaka mia tatu, na katika karne ya 19 ilisomwa na nyota za sayansi ya Uropa kama vile msafiri mkuu Alexander von Humboldt, mwanahisabati mahiri Carl Friedrich Gauss na mwanafizikia mahiri wa majaribio Wilhelm Weber. Kwa hivyo Einstein aliangalia kweli mzizi.
Unafikiri sayari yetu ina nguzo ngapi za sumaku? Karibu kila mtu atasema kuwa mbili ziko katika Arctic na Antarctic. Kwa kweli, jibu linategemea ufafanuzi wa dhana ya pole. Miti ya kijiografia inachukuliwa kuwa sehemu za makutano ya mhimili wa dunia na uso wa sayari. Kwa kuwa Dunia inazunguka kama mwili mgumu, kuna nukta mbili tu kama hizo na hakuna kitu kingine kinachoweza kufikiria. Lakini kwa miti ya magnetic hali ni ngumu zaidi. Kwa mfano, nguzo inaweza kuchukuliwa kuwa eneo ndogo (bora, tena hatua) ambapo mistari ya sumaku ya nguvu ni perpendicular kwa uso wa dunia. Walakini, magnetometer yoyote hairekodi tu uwanja wa sumaku wa sayari, lakini pia uwanja wa miamba ya ndani, mikondo ya umeme ya ionospheric, chembe za upepo wa jua na vyanzo vingine vya ziada vya sumaku (na sehemu yao ya wastani sio ndogo sana, kwa agizo la asilimia kadhaa) . Kifaa sahihi zaidi, ni bora zaidi kufanya hivyo - na kwa hiyo inafanya kuwa vigumu zaidi kutenganisha uwanja wa kweli wa geomagnetic (inaitwa moja kuu), ambayo chanzo chake iko katika kina cha dunia. Kwa hiyo, kuratibu za nguzo zilizoamuliwa na kipimo cha moja kwa moja sio thabiti hata kwa muda mfupi.
Unaweza kutenda tofauti na kuanzisha nafasi ya pole kwa misingi ya mifano fulani ya magnetism ya dunia. Kwa makadirio ya kwanza, sayari yetu inaweza kuchukuliwa kuwa dipole ya sumaku ya kijiografia, mhimili ambao hupita katikati yake. Hivi sasa, pembe kati yake na mhimili wa dunia ni digrii 10 (miongo kadhaa iliyopita ilikuwa zaidi ya digrii 11). Kwa uundaji sahihi zaidi, zinageuka kuwa mhimili wa dipole huhamishwa kulingana na kituo cha Dunia kuelekea sehemu ya kaskazini-magharibi ya Bahari ya Pasifiki kwa karibu kilomita 540 (hii ni dipole ya eccentric). Kuna ufafanuzi mwingine.
Lakini si hayo tu. Uga wa sumaku wa Dunia kwa kweli hauna ulinganifu wa dipole na kwa hivyo una nguzo nyingi, na kwa idadi kubwa. Ikiwa tunazingatia Dunia kuwa quadrupole ya sumaku, quadrupole, tutalazimika kuanzisha miti miwili zaidi - huko Malaysia na sehemu ya kusini ya Bahari ya Atlantiki. Muundo wa oktupole hubainisha nguzo nane, n.k. Miundo ya kisasa ya hali ya juu zaidi ya sumaku ya dunia inafanya kazi na nyingi kama nguzo 168. Ni muhimu kuzingatia kwamba wakati wa ubadilishaji, sehemu ya dipole tu ya uwanja wa geomagnetic hupotea kwa muda, wakati wengine hubadilika kidogo.
Poles kinyume chake
Watu wengi wanajua kuwa majina yanayokubaliwa kwa ujumla ya miti ni kinyume kabisa. Katika Arctic kuna nguzo ambayo mwisho wa kaskazini wa sindano ya sumaku inaelekeza - kwa hivyo, inapaswa kuzingatiwa kusini (kama miti inarudisha nyuma, miti ya kinyume inavutia!). Kadhalika, ncha ya sumaku ya kaskazini ina msingi wa latitudo za juu katika Ulimwengu wa Kusini. Hata hivyo, kimapokeo tunataja miti hiyo kulingana na jiografia. Wanafizikia wamekubaliana kwa muda mrefu kwamba mistari ya nguvu hutoka kwenye ncha ya kaskazini ya sumaku yoyote na kuingia kusini. Inafuata kwamba mistari ya sumaku ya dunia inaondoka kwenye ncha ya kusini ya kijiografia na hutolewa kuelekea kaskazini. Huu ndio mkataba, na hupaswi kukiuka (ni wakati wa kukumbuka uzoefu wa kusikitisha wa Panikovsky!).
Pole ya magnetic, bila kujali jinsi unavyofafanua, haisimama. Ncha ya Kaskazini ya dipole ya kijiografia ilikuwa na viwianishi vya 79.5 N na 71.6 W mwaka wa 2000, na 80.0 N na 72.0 W mwaka wa 2010. Ncha ya Kaskazini ya kweli (ile iliyofichuliwa na vipimo vya kimwili) imehama tangu 2000 kutoka 81.0 N na 109.7 W hadi 109.7 W hadi 109.7 W. 85.2 N na 127.1 W. Kwa karibu karne nzima ya ishirini ilifanya si zaidi ya kilomita 10 kwa mwaka, lakini baada ya 1980 ghafla ilianza kusonga kwa kasi zaidi. Mwanzoni mwa miaka ya 1990, kasi yake ilizidi kilomita 15 kwa mwaka na inaendelea kukua.
Kama Lawrence Newitt, mkuu wa zamani wa maabara ya kijiografia ya Huduma ya Utafiti wa Jiolojia ya Kanada, aliiambia Popular Mechanics, nguzo ya kweli sasa inahamia kaskazini-magharibi, ikitembea kilomita 50 kila mwaka. Ikiwa vector ya harakati zake haibadilika kwa miongo kadhaa, basi katikati ya karne ya 21 itaishia Siberia. Kulingana na ujenzi mpya uliofanywa miaka kadhaa iliyopita na Newitt huyo huyo, katika karne ya 17 na 18, nguzo ya sumaku ya kaskazini ilihamia kusini-mashariki na ikageukia kaskazini magharibi karibu 1860. Nguzo ya kweli ya sumaku ya kusini imekuwa ikisonga kwa mwelekeo sawa kwa miaka 300 iliyopita, na uhamishaji wake wa wastani wa kila mwaka hauzidi kilomita 10-15.
Uga wa sumaku wa Dunia unatoka wapi? Ufafanuzi mmoja unaowezekana ni kuangaza tu. Dunia ina msingi wa ndani wa chuma-nikeli thabiti, radius ambayo ni 1220 km. Kwa kuwa metali hizi ni ferromagnetic, kwa nini usifikiri kwamba msingi wa ndani una sumaku ya tuli, ambayo inahakikisha kuwepo kwa uwanja wa geomagnetic? Multipolarity ya sumaku ya dunia inaweza kuhusishwa na asymmetry ya usambazaji wa nyanja za magnetic ndani ya msingi. Uhamiaji wa polar na ugeuzaji wa uwanja wa kijiografia ni ngumu zaidi kuelezea, lakini labda tunaweza kujaribu.
Walakini, hakuna kinachokuja kutoka kwa hii. Ferromagnets zote hubakia ferromagnetic (yaani, huhifadhi sumaku ya hiari) chini ya joto fulani - hatua ya Curie. Kwa chuma ni 768 ° C (kwa nickel ni chini sana), na joto la msingi wa ndani wa Dunia kwa kiasi kikubwa huzidi digrii 5000. Kwa hivyo, lazima tuachane na nadharia ya geomagnetism tuli. Hata hivyo, inawezekana kwamba kuna sayari zilizopozwa na cores ferromagnetic katika nafasi.
Hebu tuchunguze uwezekano mwingine. Sayari yetu pia ina msingi wa nje wa kioevu takriban 2,300 km nene. Inajumuisha kuyeyuka kwa chuma na nikeli na mchanganyiko wa vitu vyepesi (sulfuri, kaboni, oksijeni na, ikiwezekana, potasiamu ya mionzi - hakuna mtu anayejua kwa hakika). Joto la sehemu ya chini ya msingi wa nje karibu sanjari na joto la msingi wa ndani, na katika ukanda wa juu kwenye mpaka na vazi hushuka hadi 4400 ° C. Kwa hiyo, ni kawaida kabisa kudhani kwamba kutokana na mzunguko wa Dunia, mikondo ya mviringo huundwa huko, ambayo inaweza kuwa sababu ya kuibuka kwa sumaku ya dunia.
Nguvu ya Convective
"Ili kuelezea kuonekana kwa uwanja wa poloidal, ni muhimu kuzingatia mtiririko wa wima wa suala la nyuklia. Zinaundwa kwa sababu ya kushawishi: kuyeyuka kwa chuma-nikeli huelea kutoka sehemu ya chini ya msingi kuelekea vazi. Jeti hizi zimepindishwa na nguvu ya Coriolis kama mikondo ya hewa ya vimbunga. Katika Ulimwengu wa Kaskazini, masasisho yanazunguka kisaa, ilhali katika Ulimwengu wa Kusini yanazunguka kinyume cha saa, anaelezea profesa wa Chuo Kikuu cha California Gary Glatzmeier. - Inapokaribia vazi, nyenzo za msingi hupungua na huanza kurudi ndani. Sehemu za sumaku za mtiririko wa kupanda na kushuka hughairi kila mmoja, na kwa hivyo uwanja haujaanzishwa kwa wima. Lakini katika sehemu ya juu ya ndege ya convection, ambapo huunda kitanzi na huenda kwa usawa kwa muda mfupi, hali ni tofauti. Katika Ulimwengu wa Kaskazini, mistari ya uga, ambayo ilitazama magharibi kabla ya kupanda kwa njia ya kusonga mbele, huzunguka saa kwa digrii 90 na inaelekezwa kaskazini. Katika Ulimwengu wa Kusini, wanageuka kinyume na saa kutoka mashariki na pia kuelekea kaskazini. Matokeo yake, shamba la magnetic linazalishwa katika hemispheres zote mbili, akielezea kutoka kusini hadi kaskazini. Ingawa hii sio sababu pekee inayowezekana ya kuibuka kwa uwanja wa poloidal, inazingatiwa uwezekano mkubwa zaidi.
Huu ndio mpango ambao wanajiofizikia walijadili miaka 80 iliyopita. Waliamini kwamba mtiririko wa maji yanayoendesha ya msingi wa nje, kwa sababu ya nishati yao ya kinetic, hutoa mikondo ya umeme inayofunika mhimili wa dunia. Mikondo hii hutoa uga wa sumaku wa aina ya dipole hasa, mistari ya shamba ambayo kwenye uso wa Dunia imeinuliwa kando ya meridians (uwanja kama huo unaitwa poloidal). Utaratibu huu unaibua uhusiano na uendeshaji wa dynamo, kwa hivyo jina lake.
Mpango ulioelezwa ni mzuri na unaoonekana, lakini, kwa bahati mbaya, sio sahihi. Inatokana na dhana kwamba mwendo wa maada katika kiini cha nje ni ulinganifu kuhusiana na mhimili wa dunia. Hata hivyo, mwaka wa 1933, mwanahisabati wa Kiingereza Thomas Cowling alithibitisha theorem kulingana na ambayo hakuna mtiririko wa axisymmetric una uwezo wa kuhakikisha kuwepo kwa uwanja wa muda mrefu wa geomagnetic. Hata ikionekana, umri wake utakuwa wa muda mfupi, makumi ya maelfu ya mara chini ya umri wa sayari yetu. Tunahitaji mfano ngumu zaidi.
"Hatujui ni lini hasa sumaku ya Dunia ilitokea, lakini inaweza kuwa ilitokea mara tu baada ya kuunda vazi na msingi wa nje," anasema David Stevenson, mmoja wa wataalam wakuu wa sumaku ya sayari, profesa katika Taasisi ya Teknolojia ya California. . - Ili kuwasha geodynamo, shamba la mbegu la nje linahitajika, na si lazima liwe na nguvu. Jukumu hili, kwa mfano, linaweza kuchukuliwa na uwanja wa sumaku wa Jua au sehemu za mikondo inayotokana na msingi kwa sababu ya athari ya thermoelectric. Hatimaye, hii sio muhimu sana; kulikuwa na vyanzo vya kutosha vya sumaku. Mbele ya uwanja kama huo na mwendo wa duara wa mtiririko wa maji ya kuendesha, uzinduzi wa dynamo ya ndani ya sayari ikawa isiyoweza kuepukika.
Ulinzi wa sumaku
Usumaku wa Dunia unafuatiliwa kwa kutumia mtandao mpana wa uchunguzi wa kijiografia, uundaji wake ambao ulianza katika miaka ya 1830.
Kwa madhumuni sawa, vyombo vya meli, anga na nafasi hutumiwa (kwa mfano, magnetometers ya scalar na vector ya satelaiti ya Danish Ørsted, inayofanya kazi tangu 1999).
Nguvu za uga wa kijiografia huanzia takriban nanotesla 20,000 kwenye pwani ya Brazili hadi nanotesla 65,000 karibu na ncha ya sumaku ya kusini. Tangu 1800, sehemu yake ya dipole imepungua kwa karibu 13% (na tangu katikati ya karne ya 16 na 20%), wakati sehemu yake ya quadrupole imeongezeka kidogo. Uchunguzi wa Paleomagnetic unaonyesha kuwa kwa miaka elfu kadhaa kabla ya mwanzo wa enzi yetu, nguvu ya uwanja wa sumakuumeme iliendelea kupanda, na kisha ikaanza kupungua. Walakini, wakati wa sasa wa sayari ya dipole ni kubwa zaidi kuliko thamani yake ya wastani katika miaka milioni mia na hamsini iliyopita (mnamo 2010, matokeo ya vipimo vya paleomagnetic yalichapishwa ikionyesha kuwa miaka bilioni 3.5 iliyopita uwanja wa sumaku wa Dunia ulikuwa na nguvu nusu kama ulivyo. leo). Hii ina maana kwamba historia nzima ya jamii za wanadamu tangu kuibuka kwa majimbo ya kwanza hadi wakati wetu ilianguka kwenye upeo wa ndani wa uwanja wa magnetic wa dunia. Inafurahisha kufikiria ikiwa hii imeathiri maendeleo ya ustaarabu. Dhana hii itaacha kuonekana kuwa ya ajabu ikiwa tunazingatia kwamba uwanja wa magnetic hulinda biosphere kutoka kwa mionzi ya cosmic.
Na hapa kuna hali moja zaidi ambayo inafaa kuzingatia. Katika ujana wa sayari yetu na hata ujana, mambo yote katika msingi wake yalikuwa katika awamu ya kioevu. Msingi thabiti wa ndani uliundwa hivi karibuni, labda miaka bilioni tu iliyopita. Wakati hii ilifanyika, mikondo ya convection ikawa ya utaratibu zaidi, ambayo ilisababisha operesheni imara zaidi ya geodynamo. Kwa sababu ya hili, uwanja wa geomagnetic umepata kwa ukubwa na utulivu. Inaweza kuzingatiwa kuwa hali hii ilikuwa na athari ya manufaa juu ya mageuzi ya viumbe hai. Hasa, uimarishaji wa geomagnetism uliboresha ulinzi wa biosphere kutoka kwa mionzi ya cosmic na hivyo kuwezesha kuondoka kwa maisha kutoka kwa bahari hadi nchi kavu.
Hapa kuna maelezo yanayokubalika kwa ujumla kwa uzinduzi kama huo. Kwa unyenyekevu, basi shamba la mbegu liwe karibu sawa na mhimili wa mzunguko wa Dunia (kwa kweli, inatosha ikiwa ina sehemu isiyo ya sifuri katika mwelekeo huu, ambayo ni karibu kuepukika). Kasi ya kuzunguka kwa nyenzo ya msingi wa nje hupungua kadri kina kinapungua, na kwa sababu ya upitishaji wake wa juu wa umeme, mistari ya uwanja wa sumaku husogea nayo - kama wanafizikia wanasema, uwanja "umegandishwa" ndani. Kwa hivyo, mistari ya nguvu ya shamba la mbegu itainama, ikisonga mbele kwa kina kirefu na kuanguka nyuma kwa zile duni. Hatimaye zitanyoosha na kuharibika kiasi kwamba zitatokeza uga wa toroidal, mizunguko ya sumaku ya duara inayozunguka mhimili wa Dunia na kuelekeza pande tofauti katika ncha ya kaskazini na kusini. Utaratibu huu unaitwa w-athari.
Kulingana na Profesa Stevenson, ni muhimu sana kuelewa kwamba uwanja wa toroidal wa msingi wa nje uliibuka kwa sababu ya shamba la mbegu ya poloidal na, kwa upande wake, ulitokeza uwanja mpya wa poloidal unaozingatiwa kwenye uso wa dunia: "Aina zote mbili za geodynamo ya sayari. mashamba yameunganishwa na hayawezi kuwepo bila ya mengine.” .
Miaka 15 iliyopita, Gary Glatzmeier, pamoja na Paul Roberts, walichapisha mfano mzuri sana wa kompyuta wa uwanja wa sumakuumeme: "Kimsingi, kuelezea geomagnetism, kumekuwa na vifaa vya kutosha vya hisabati kwa muda mrefu - milinganyo ya hidrodynamics ya sumaku pamoja na milinganyo inayoelezea nguvu. nguvu ya uvutano na joto hutiririka ndani ya kiini cha dunia. Mifano kulingana na hesabu hizi ni ngumu sana katika fomu yao ya asili, lakini zinaweza kurahisishwa na kubadilishwa kwa hesabu za kompyuta. Hivyo ndivyo mimi na Roberts tulifanya. Kukimbia kwenye kompyuta kuu kulifanya iwezekane kuunda maelezo yanayojitosheleza ya mageuzi ya muda mrefu ya kasi, halijoto na shinikizo la mtiririko wa jambo kwenye msingi wa nje na mageuzi yanayohusiana ya nyanja za sumaku. Pia tuligundua kuwa ikiwa tutacheza uigaji kwa vipindi vya muda vya mpangilio wa makumi na mamia ya maelfu ya miaka, basi inversions za uwanja wa kijiografia hutokea bila shaka. Kwa hivyo katika suala hili, mtindo wetu hufanya kazi nzuri ya kuwasilisha historia ya sumaku ya sayari. Hata hivyo, kuna ugumu ambao bado haujatatuliwa. Vigezo vya nyenzo za msingi wa nje, ambazo zinajumuishwa katika mifano hiyo, bado ni mbali sana na hali halisi. Kwa mfano, tulipaswa kukubali kwamba mnato wake ni wa juu sana, vinginevyo rasilimali za kompyuta zenye nguvu zaidi hazingetosha. Kwa kweli, hii sivyo, kuna kila sababu ya kuamini kwamba inakaribia sanjari na mnato wa maji. Mifano zetu za sasa hazina uwezo wa kuzingatia misukosuko, ambayo bila shaka hutokea. Lakini kompyuta zinapata nguvu kila mwaka, na katika miaka kumi kutakuwa na uigaji wa kweli zaidi.
"Uendeshaji wa geodynamo unahusishwa bila shaka na mabadiliko ya machafuko katika mtiririko wa kuyeyuka kwa nikeli ya chuma, ambayo husababisha mabadiliko katika nyanja za sumaku," anaongeza Profesa Stevenson. - Mageuzi ya sumaku ya dunia ni mabadiliko ya nguvu zaidi iwezekanavyo. Kwa kuwa asili yao ni stochastic, haiwezi kutabiriwa mapema - angalau hatujui jinsi ya kufanya hivyo.
Uga wa sumaku wa Dunia ni uundaji unaotokana na vyanzo ndani ya sayari. Ni kitu cha kusoma katika sehemu inayolingana ya jiografia. Ifuatayo, hebu tuchunguze kwa undani zaidi uwanja wa sumaku wa Dunia ni nini na jinsi unavyoundwa.
Habari za jumla
Sio mbali na uso wa Dunia, takriban kwa umbali wa radii zake tatu, mistari ya nguvu kutoka kwa uwanja wa sumaku iko kando ya mfumo wa "chaji mbili za polar". Kuna eneo linaloitwa "plasma sphere" hapa. Kwa umbali kutoka kwa uso wa sayari, ushawishi wa mtiririko wa chembe za ionized kutoka kwa corona ya jua huongezeka. Hii inasababisha ukandamizaji wa sumaku kutoka upande wa Jua, na, kinyume chake, uwanja wa sumaku wa Dunia umeinuliwa kutoka upande wa upande wa kivuli.
Plasma Sphere
Mwendo wa mwelekeo wa chembe za kushtakiwa kwenye tabaka za juu za angahewa (ionosphere) una athari inayoonekana kwenye uwanja wa sumaku wa uso wa Dunia. Mahali pa mwisho ni kilomita mia moja na hapo juu kutoka kwa uso wa sayari. Sehemu ya sumaku ya Dunia inashikilia plasmasphere. Hata hivyo, muundo wake unategemea sana shughuli za upepo wa jua na mwingiliano wake na safu ya kufungwa. Na mzunguko wa dhoruba za sumaku kwenye sayari yetu imedhamiriwa na miale kwenye Jua.
Istilahi
Kuna dhana "mhimili wa sumaku wa Dunia". Huu ni mstari wa moja kwa moja unaopita kwenye nguzo zinazofanana za sayari. "Ikweta ya sumaku" ni duara kubwa la ndege inayoelekea kwenye mhimili huu. Vector juu yake ina mwelekeo karibu na usawa. Nguvu ya wastani ya uga wa sumaku wa Dunia inategemea sana eneo la kijiografia. Ni takriban sawa na 0.5 Oe, yaani, 40 A/m. Katika ikweta ya sumaku, kiashiria hiki ni takriban 0.34 Oe, na karibu na miti ni karibu na 0.66 Oe. Katika baadhi ya makosa ya sayari, kwa mfano, ndani ya anomaly ya Kursk, kiashiria kinaongezeka na ni sawa na 2 Oe. mistari ya sumaku ya Dunia yenye muundo changamano , inayoonyeshwa kwenye uso wake na kuungana kwenye nguzo zake yenyewe, huitwa "magnetic meridians".
Hali ya kutokea. Mawazo na dhana
Sio muda mrefu uliopita, dhana kuhusu uhusiano kati ya kuibuka kwa magnetosphere ya Dunia na mtiririko wa sasa katika msingi wa chuma kioevu, iko umbali wa robo hadi theluthi ya radius ya sayari yetu, ilipata haki ya kuwepo. Wanasayansi pia wana dhana kuhusu kile kinachoitwa "mikondo ya telluric" inapita karibu na ukanda wa dunia. Inapaswa kuwa alisema kuwa baada ya muda kuna mabadiliko ya malezi. Uga wa sumaku wa Dunia umebadilika mara kadhaa katika kipindi cha miaka mia moja themanini. Hii imeandikwa katika ukoko wa bahari, na hii inathibitishwa na tafiti za sumaku iliyobaki. Kwa kulinganisha maeneo ya pande zote mbili za matuta ya bahari, wakati wa kutofautiana kwa maeneo haya imedhamiriwa.
Mabadiliko ya nguzo ya sumaku ya dunia
Mahali pa sehemu hizi za sayari sio mara kwa mara. Ukweli wa kuhamishwa kwao umerekodiwa tangu mwisho wa karne ya kumi na tisa. Katika Ulimwengu wa Kusini, nguzo ya sumaku ilihama kwa kilomita 900 wakati huu na kuishia katika Bahari ya Hindi. Michakato kama hiyo inafanyika katika sehemu ya Kaskazini. Hapa pole inaelekea kwenye upungufu wa sumaku huko Siberia ya Mashariki. Kuanzia 1973 hadi 1994, umbali ambao tovuti ilihamia hapa ilikuwa kilomita 270. Data hizi zilizohesabiwa awali zilithibitishwa baadaye na vipimo. Kulingana na data ya hivi karibuni, kasi ya harakati ya pole ya sumaku ya Ulimwengu wa Kaskazini imeongezeka sana. Ilikua kutoka kilomita 10 kwa mwaka katika miaka ya sabini ya karne iliyopita hadi kilomita 60 kwa mwaka mwanzoni mwa karne hii. Wakati huo huo, nguvu ya shamba la sumaku la dunia hupungua kwa usawa. Kwa hiyo, katika kipindi cha miaka 22 iliyopita, katika baadhi ya maeneo imepungua kwa 1.7%, na mahali fulani kwa 10%, ingawa pia kuna maeneo ambayo, kinyume chake, imeongezeka. Kuongeza kasi kwa uhamishaji wa miti ya sumaku (kwa takriban kilomita 3 kwa mwaka) inatoa sababu ya kudhani kuwa harakati zao zinazozingatiwa leo sio safari, lakini ubadilishaji mwingine.
Hii inathibitishwa moja kwa moja na ongezeko la kinachojulikana kama "pengo za polar" kusini na kaskazini mwa magnetosphere. Nyenzo za ionized za corona ya jua na nafasi hupenya kwa kasi katika upanuzi unaosababisha. Matokeo yake, kiasi kinachoongezeka cha nishati kinakusanywa katika mikoa ya mviringo ya Dunia, ambayo yenyewe imejaa joto la ziada la kofia za barafu za polar.
Kuratibu
Katika sayansi ya mionzi ya cosmic, kuratibu za uwanja wa geomagnetic hutumiwa, jina lake baada ya mwanasayansi McIlwain. Alikuwa wa kwanza kupendekeza matumizi yao, kwa kuwa yanatokana na matoleo yaliyobadilishwa ya shughuli za vipengele vya kushtakiwa kwenye uwanja wa magnetic. Kwa uhakika, kuratibu mbili hutumiwa (L, B). Wana sifa ya shell magnetic (McIlwain parameter) na induction ya shamba L. Mwisho ni parameter sawa na uwiano wa umbali wa wastani wa nyanja kutoka katikati ya sayari hadi radius yake.
"Mwelekeo wa sumaku"
Miaka elfu kadhaa iliyopita, Wachina walifanya ugunduzi wa kushangaza. Waligundua kuwa vitu vyenye sumaku vinaweza kuwekwa katika mwelekeo fulani. Na katikati ya karne ya kumi na sita, Georg Cartmann, mwanasayansi wa Ujerumani, alifanya ugunduzi mwingine katika eneo hili. Hivi ndivyo dhana ya "mwelekeo wa sumaku" ilionekana. Jina hili linamaanisha angle ya kupotoka kwa mshale juu au chini kutoka kwa ndege ya usawa chini ya ushawishi wa magnetosphere ya sayari.
Kutoka kwa historia ya utafiti
Katika eneo la ikweta ya kaskazini ya magnetic, ambayo ni tofauti na ikweta ya kijiografia, mwisho wa kaskazini huenda chini, na kusini, kinyume chake, juu. Mnamo 1600, daktari wa Kiingereza William Gilbert kwanza alifanya mawazo juu ya kuwepo kwa shamba la magnetic ya Dunia, ambayo husababisha tabia fulani ya vitu ambavyo hapo awali vilikuwa na magnetized. Katika kitabu chake, alielezea jaribio la mpira uliokuwa na mshale wa chuma. Kama matokeo ya utafiti wake, alifikia hitimisho kwamba Dunia ni sumaku kubwa. Mwanaastronomia wa Kiingereza Henry Gellibrant pia alifanya majaribio. Kama matokeo ya uchunguzi wake, alifikia hitimisho kwamba uwanja wa sumaku wa Dunia unaweza kubadilika polepole.
José de Acosta alieleza uwezekano wa kutumia dira. Pia alianzisha tofauti kati ya Ncha ya Magnetic na Kaskazini, na katika Historia yake maarufu (1590) nadharia ya mistari bila mchepuko wa sumaku ilithibitishwa. Christopher Columbus pia alitoa mchango mkubwa katika utafiti wa suala linalozingatiwa. Alikuwa na jukumu la ugunduzi wa kutofautiana kwa kupungua kwa magnetic. Mabadiliko hufanywa kulingana na mabadiliko katika kuratibu za kijiografia. Kupungua kwa sumaku ni pembe ya kupotoka kwa sindano kutoka kwa mwelekeo wa Kaskazini-Kusini. Kuhusiana na ugunduzi wa Columbus, utafiti ulizidi. Taarifa kuhusu uga wa sumaku wa Dunia ni muhimu sana kwa wanamaji. M.V. Lomonosov pia alishughulikia shida hii. Ili kujifunza sumaku ya dunia, alipendekeza kufanya uchunguzi wa utaratibu kwa kutumia pointi za kudumu (sawa na uchunguzi). Pia ilikuwa muhimu sana, kulingana na Lomonosov, kufanya hivyo baharini. Wazo hili la mwanasayansi mkuu liligunduliwa nchini Urusi miaka sitini baadaye. Ugunduzi wa Pole ya Sumaku kwenye visiwa vya Kanada ni mali ya mchunguzi wa polar Mwingereza John Ross (1831). Na mnamo 1841 aligundua pole nyingine ya sayari, lakini huko Antaktika. Dhana kuhusu asili ya uwanja wa sumaku wa Dunia ilitolewa na Carl Gauss. Hivi karibuni alithibitisha kuwa nyingi yake inalishwa kutoka kwa chanzo ndani ya sayari, lakini sababu ya kupotoka kwake ndogo ni katika mazingira ya nje.
Maudhui ya makala
UWANJA WA sumaku wa dunia. Sayari nyingi katika mfumo wa jua zina uwanja wa sumaku kwa digrii moja au nyingine. Katika mpangilio wa kushuka kwa wakati wa sumaku ya dipole, Jupiter na Zohali ziko katika nafasi ya kwanza, ikifuatiwa na Dunia, Mercury na Mars, na kwa uhusiano na wakati wa sumaku wa Dunia, thamani ya wakati wao ni 20,000, 500, 1, 3. /5000 3/10000. Wakati wa sumaku wa Dunia mnamo 1970 ulikuwa 7.98 10 25 G/cm 3 (au 8.3 10 22 A.m 2), ikipungua kwa muongo huo kwa 0.04 10 25 G/cm 3. Nguvu ya wastani ya shamba kwenye uso ni takriban 0.5 Oe (5 · 10 -5 T). Umbo la uwanja mkuu wa sumaku wa Dunia hadi umbali wa chini ya radii tatu uko karibu na uwanja wa dipole sawa na sumaku. Kituo chake kimehamishwa kuhusiana na katikati ya Dunia kwa mwelekeo wa 18 ° N. na 147.8° E. d. Mhimili wa dipole hii umeelekezwa kwenye mhimili wa mzunguko wa Dunia kwa 11.5°. Nguzo za kijiografia zimetenganishwa na pembe sawa kutoka kwa nguzo za kijiografia zinazofanana. Zaidi ya hayo, pole ya kijiografia ya kusini iko katika ulimwengu wa kaskazini. Kwa sasa iko karibu na ncha ya kijiografia ya kaskazini ya Dunia huko Kaskazini mwa Greenland. Kuratibu zake ni j = 78.6 + 0.04° T N, l = 70.1 + 0.07 ° T W, ambapo T ni idadi ya miongo tangu 1970. Katika pole ya kaskazini ya magnetic j = 75 ° S, l = 120.4°E (katika Antaktika). Mistari halisi ya uga wa sumaku ya uga wa sumaku wa Dunia kwa wastani iko karibu na mistari ya shamba ya dipole hii, inatofautiana nayo katika makosa ya ndani yanayohusiana na uwepo wa miamba yenye sumaku kwenye ukoko. Kama matokeo ya tofauti za kidunia, nguzo ya kijiografia inatangulia kulingana na ncha ya kijiografia kwa kipindi cha miaka 1200. Kwa umbali mkubwa, uwanja wa sumaku wa Dunia ni wa asymmetrical. Chini ya ushawishi wa mtiririko wa plasma unaotoka kwa Jua (upepo wa jua), uwanja wa sumaku wa Dunia umepotoshwa na kupata "njia" katika mwelekeo kutoka kwa Jua, ambayo inaenea kwa mamia ya maelfu ya kilomita, ikipita zaidi ya mzunguko wa jua. Mwezi.
Tawi maalum la jiofizikia ambalo huchunguza asili na asili ya uga wa sumaku wa Dunia huitwa geomagnetism. Geomagnetism inazingatia matatizo ya kuibuka na mageuzi ya sehemu kuu, ya kudumu uwanja wa geomagnetic, asili ya sehemu ya kutofautiana (karibu 1% ya uwanja kuu), pamoja na muundo wa sumaku - tabaka za juu kabisa za plazima yenye sumaku za angahewa ya dunia zinazoingiliana na upepo wa jua na kulinda Dunia dhidi ya mionzi ya cosmic inayopenya. Kazi muhimu ni kusoma mifumo ya tofauti za uwanja wa kijiografia, kwani husababishwa na mvuto wa nje unaohusishwa kimsingi na shughuli za jua. .
Asili ya uwanja wa sumaku.
Sifa zinazozingatiwa za uga wa sumaku wa Dunia zinapatana na wazo kwamba hutokea kutokana na utaratibu wa dynamo ya hydromagnetic. Katika mchakato huu, uwanja wa asili wa sumaku huimarishwa kama matokeo ya harakati (kawaida ya kushawishi au ya msukosuko) ya jambo la umeme katika msingi wa kioevu wa sayari au kwenye plasma ya nyota. Katika hali ya joto ya dutu ya elfu kadhaa ya K, conductivity yake ni ya juu ya kutosha kwamba harakati za convective zinazotokea hata katika kati dhaifu ya sumaku zinaweza kusisimua kubadilisha mikondo ya umeme ambayo, kwa mujibu wa sheria za induction ya umeme, inaweza kuunda mashamba mapya ya sumaku. Kuoza kwa nyanja hizi hutengeneza nishati ya joto (kulingana na sheria ya Joule) au husababisha kuibuka kwa uwanja mpya wa sumaku. Kulingana na hali ya harakati, nyanja hizi zinaweza kudhoofisha au kuimarisha nyanja za asili. Ili kuimarisha shamba, asymmetry fulani ya harakati ni ya kutosha. Kwa hivyo, hali ya lazima kwa dynamo ya hydromagnetic ni uwepo wa harakati katika kati ya kufanya, na hali ya kutosha ni uwepo wa asymmetry fulani (spirality) ya mtiririko wa ndani wa kati. Wakati hali hizi zinakabiliwa, mchakato wa amplification unaendelea hadi hasara kutokana na joto la Joule, ambalo huongezeka kwa kuongezeka kwa nguvu za sasa, kusawazisha utitiri wa nishati inayofika kutokana na harakati za hydrodynamic.
Athari ya Dynamo ni msisimko wa kibinafsi na matengenezo ya uwanja wa sumaku katika hali ya utulivu kwa sababu ya harakati ya kioevu kinachoendesha au plasma ya gesi. Utaratibu wake ni sawa na kizazi cha sasa cha umeme na shamba la magnetic katika dynamo ya kujifurahisha. Asili ya uwanja wa sumaku wa Dunia wa Jua na sayari, pamoja na uwanja wao wa ndani, kwa mfano, uwanja wa jua na maeneo ya kazi, unahusishwa na athari ya dynamo.
Vipengele vya uwanja wa geomagnetic.
Sehemu ya sumaku ya Dunia (geomagnetic field) inaweza kugawanywa katika sehemu kuu tatu zifuatazo.
1. Sehemu kuu ya sumaku ya Dunia, ambayo inakabiliwa na mabadiliko ya polepole kwa muda (tofauti za kidunia) na vipindi kutoka miaka 10 hadi 10,000, imejilimbikizia katika vipindi vya miaka 10-20, 60-100, 600-1200 na 8000. Mwisho unahusishwa na mabadiliko katika wakati wa sumaku ya dipole kwa sababu ya 1.5-2.
2. Makosa ya kimataifa - kupotoka kutoka kwa dipole sawa ya hadi 20% ya ukubwa wa maeneo ya mtu binafsi yenye vipimo vya tabia ya hadi kilomita 10,000. Maeneo haya yasiyo ya kawaida hupata tofauti za kidunia, na kusababisha mabadiliko ya muda kwa miaka na karne nyingi. Mifano ya hitilafu: Brazili, Kanada, Siberi, Kursk. Katika mwendo wa tofauti za kidunia, hitilafu za kimataifa hubadilika, hutengana na kuibuka tena. Katika latitudo za chini kuna mwelekeo wa magharibi wa longitudo kwa kiwango cha 0.2 ° kwa mwaka.
3. Mashamba ya magnetic ya mikoa ya ndani ya shells za nje na urefu kutoka kadhaa hadi mamia ya km. Wao husababishwa na magnetization ya miamba katika safu ya juu ya Dunia, ambayo hufanya ukoko wa dunia na iko karibu na uso. Moja ya nguvu zaidi ni Kursk magnetic anomaly.
4. Sehemu ya sumaku inayobadilishana ya Dunia (pia inaitwa nje) imedhamiriwa na vyanzo kwa namna ya mifumo ya sasa iliyo nje ya uso wa dunia na katika angahewa yake. Vyanzo vikuu vya nyanja kama hizo na mabadiliko yao ni mtiririko wa mwili wa plasma yenye sumaku inayokuja kutoka kwa Jua pamoja na upepo wa jua, na kutengeneza muundo na umbo la sumaku ya Dunia.
Muundo wa uwanja wa sumaku wa angahewa ya dunia.
Uga wa sumaku wa Dunia huathiriwa na mtiririko wa plasma ya jua yenye sumaku. Kama matokeo ya mwingiliano na uwanja wa Dunia, mpaka wa nje wa uwanja wa sumaku wa karibu wa Dunia, unaoitwa magnetopause, huundwa. Inaweka mipaka ya sumaku ya dunia. Kwa sababu ya ushawishi wa mtiririko wa corpuscular ya jua, saizi na sura ya sumaku hubadilika kila wakati, na uwanja unaobadilishana wa sumaku unatokea, uliodhamiriwa na vyanzo vya nje. Tofauti yake inadaiwa asili yake kwa mifumo ya sasa inayoendelea katika miinuko mbalimbali kutoka tabaka za chini za ionosphere hadi sumaku. Mabadiliko katika uwanja wa sumaku wa Dunia kwa muda, unaosababishwa na sababu mbalimbali, huitwa tofauti za kijiografia, ambazo hutofautiana katika muda wao na katika ujanibishaji wao duniani na katika anga yake.
Magnetosphere ni eneo la anga ya karibu na Dunia inayodhibitiwa na uga wa sumaku wa Dunia. Magnetosphere huundwa kama matokeo ya mwingiliano wa upepo wa jua na plasma ya anga ya juu na uwanja wa sumaku wa Dunia. Sura ya magnetosphere ni cavity na mkia mrefu, ambayo hurudia sura ya mistari ya shamba la magnetic. Sehemu ya chini ya jua ni wastani kwa umbali wa radii 10 za Dunia, na mkia wa magnetosphere huenea zaidi ya mzunguko wa Mwezi. Topolojia ya magnetosphere imedhamiriwa na maeneo ya uvamizi wa plasma ya jua kwenye magnetosphere na asili ya mifumo ya sasa.
Mkia wa magneto huundwa mistari ya nguvu ya uwanja wa sumaku wa Dunia, ikitoka katika maeneo ya polar na kupanuliwa chini ya ushawishi wa upepo wa jua hadi mamia ya radi ya Dunia kutoka kwa Jua hadi upande wa usiku wa Dunia. Kama matokeo, plasma ya upepo wa jua na mtiririko wa corpuscular ya jua huonekana kutiririka kuzunguka sumaku ya dunia, na kuipa sura ya kipekee ya mkia. Katika mkia wa sumaku, kwa umbali mkubwa kutoka kwa Dunia, nguvu ya uwanja wa sumaku wa Dunia, na kwa hivyo mali zao za kinga, zinadhoofika, na chembe zingine za plasma ya jua zinaweza kupenya na kuingia ndani ya sumaku ya Dunia na. mitego ya magnetic ya mikanda ya mionzi. Kupenya ndani ya kichwa cha magnetosphere katika eneo la ovals aurora chini ya ushawishi wa mabadiliko ya shinikizo la upepo wa jua na uwanja wa interplanetary, mkia hutumika kama mahali pa kuunda mito ya chembe za mvua, na kusababisha auroras na mikondo ya auroral. Sayari ya sumaku imetenganishwa na nafasi ya kati ya sayari na sumaku. Kando ya sumaku, chembe za mtiririko wa corpuscular huzunguka sumaku. Ushawishi wa upepo wa jua kwenye uwanja wa sumaku wa Dunia wakati mwingine ni nguvu sana. Magnetopause – mpaka wa nje wa sumaku ya Dunia (au sayari), ambayo shinikizo la nguvu la upepo wa jua linasawazishwa na shinikizo la shamba lake la sumaku. Kwa vigezo vya kawaida vya upepo wa jua, sehemu ya chini ya jua ni radii ya Dunia 9-11 kutoka katikati ya Dunia. Wakati wa vipindi vya usumbufu wa sumaku Duniani, sumaku inaweza kwenda zaidi ya obiti ya geostationary (6.6 Earth radii). Kwa upepo dhaifu wa jua, hatua ya chini ya jua iko umbali wa radii 15-20 za Dunia.
Upepo wa jua -
mtiririko wa plasma kutoka kwa taji ya jua hadi nafasi ya sayari. Katika kiwango cha mzunguko wa Dunia, kasi ya wastani ya chembe za upepo wa jua (protoni na elektroni) ni karibu 400 km / s, idadi ya chembe ni makumi kadhaa kwa 1 cm 3.
Dhoruba ya sumaku.
Tabia za mitaa za uwanja wa sumaku hubadilika na kubadilika, wakati mwingine kwa masaa mengi, na kisha kurejesha kiwango chao cha zamani. Jambo hili linaitwa dhoruba ya magnetic. Dhoruba za sumaku mara nyingi huanza ghafla na wakati huo huo kote ulimwenguni.
Tofauti za kijiografia.
Mabadiliko katika uwanja wa sumaku wa Dunia kwa muda chini ya ushawishi wa mambo mbalimbali huitwa tofauti za kijiografia. Tofauti kati ya nguvu ya shamba la sumaku inayozingatiwa na thamani yake ya wastani kwa muda mrefu, kwa mfano, mwezi au mwaka, inaitwa mabadiliko ya kijiografia. Kulingana na uchunguzi, tofauti za kijiografia hubadilika kila wakati kwa wakati, na mara nyingi mabadiliko kama haya ni ya mara kwa mara.
Tofauti za kila siku. Tofauti za kila siku katika uwanja wa geomagnetic hutokea mara kwa mara, hasa kutokana na mikondo katika ionosphere ya Dunia inayosababishwa na mabadiliko katika mwanga wa ionosphere ya Dunia na Jua wakati wa mchana.
Tofauti zisizo za kawaida. Tofauti zisizo za kawaida katika uwanja wa sumaku huibuka kwa sababu ya ushawishi wa mtiririko wa plasma ya jua (jua upepo) kwenye sumaku ya Dunia, pamoja na mabadiliko ndani ya magnetosphere na mwingiliano wa magnetosphere na ionosphere.
Tofauti za siku 27. Tofauti za siku 27 zipo kama tabia ya ongezeko la shughuli za kijiografia kurudia kila baada ya siku 27, sambamba na kipindi cha kuzunguka kwa Jua kinachohusiana na mwangalizi wa kidunia. Mfano huu unahusishwa na kuwepo kwa mikoa ya kazi ya muda mrefu kwenye Jua, iliyozingatiwa wakati wa mapinduzi kadhaa ya jua. Mchoro huu unajidhihirisha kwa namna ya kurudia kwa siku 27 ya shughuli za magnetic na dhoruba za magnetic.
Tofauti za msimu. Tofauti za msimu katika shughuli za sumaku zinatambuliwa kwa ujasiri kwa msingi wa data ya wastani ya kila mwezi juu ya shughuli za sumaku zilizopatikana kwa kuchakata uchunguzi kwa miaka kadhaa. Amplitude yao huongezeka kwa kuongezeka kwa shughuli za sumaku kwa ujumla. Ilibainika kuwa tofauti za msimu katika shughuli za sumaku zina maxima mawili, yanayolingana na vipindi vya equinoxes, na minima mbili, sambamba na vipindi vya solstices. Sababu ya tofauti hizi ni uundaji wa maeneo amilifu kwenye Jua, ambayo yamewekwa katika kanda kutoka 10 hadi 30 ° latitudo ya kaskazini na kusini ya heliografia. Kwa hivyo, wakati wa equinoxes, wakati ndege za ikweta za dunia na jua zinapatana, Dunia huathirika zaidi na hatua za mikoa inayofanya kazi kwenye Jua.
Tofauti za miaka 11. Uunganisho kati ya shughuli za jua na shughuli za sumaku huonyeshwa wazi zaidi wakati wa kulinganisha mfululizo mrefu wa uchunguzi, mawimbi ya vipindi vya miaka 11 vya shughuli za jua. Kipimo kinachojulikana zaidi cha shughuli za jua ni idadi ya jua. Ilibainika kuwa katika miaka ya idadi kubwa ya jua, shughuli za sumaku pia hufikia thamani yake kubwa, lakini ongezeko la shughuli za sumaku ni kuchelewa kwa kiasi fulani kuhusiana na kuongezeka kwa shughuli za jua, ili kwa wastani ucheleweshaji huu ni mwaka mmoja.
Tofauti za karne nyingi- tofauti za polepole katika vipengele vya sumaku ya dunia na vipindi vya miaka kadhaa au zaidi. Tofauti na kila siku, msimu, na tofauti zingine za asili ya nje, tofauti za kidunia zinahusishwa na vyanzo vilivyo ndani ya kiini cha dunia. Ukuaji wa tofauti za kidunia hufikia makumi ya nT / mwaka; mabadiliko katika maadili ya wastani ya kila mwaka ya vitu kama hivyo huitwa tofauti za kidunia. Isolines za tofauti za kidunia zimejilimbikizia karibu na pointi kadhaa - vituo au foci ya tofauti ya kidunia; katika vituo hivi ukubwa wa tofauti za kidunia hufikia maadili yake ya juu.
Mikanda ya mionzi na mionzi ya cosmic.
Mikanda ya mionzi ya Dunia ni maeneo mawili ya nafasi ya karibu ya Dunia, ambayo inazunguka Dunia kwa namna ya mitego ya sumaku iliyofungwa.
Zina mtiririko mkubwa wa protoni na elektroni zilizokamatwa na uwanja wa sumaku wa dipole wa Dunia. Uga wa sumaku wa Dunia una ushawishi mkubwa kwa chembe zinazochajiwa na umeme zinazosonga katika anga ya Dunia. Kuna vyanzo viwili vikuu vya chembe hizi: mionzi ya cosmic, i.e. nishati (kutoka 1 hadi 12 GeV) elektroni, protoni na viini vya vipengele vizito, vinavyokuja kwa karibu kasi ya mwanga, hasa kutoka sehemu nyingine za Galaxy. Na mtiririko wa corpuscular wa chembechembe zenye chaji kidogo (10 5 –10 6 eV) zinazotolewa na Jua. Katika uwanja wa sumaku, chembe za umeme hutembea kwa ond; trajectory ya chembe inaonekana kuwa imejeruhiwa karibu na silinda kando ya mhimili ambao mstari wa nguvu huendesha. Radi ya silinda hii ya kufikiria inategemea nguvu ya shamba na nishati ya chembe. Kadiri nishati ya chembe inavyoongezeka, ndivyo radius inavyokuwa kubwa (inayoitwa Radi ya Larmor) kwa nguvu fulani ya shamba. Ikiwa radius ya Larmor ni ndogo sana kuliko radius ya Dunia, chembe haifikii uso wake, lakini inachukuliwa na shamba la magnetic ya Dunia. Ikiwa radius ya Larmor ni kubwa zaidi kuliko radius ya Dunia, chembe husogea kana kwamba hakuna uwanja wa sumaku; chembe hupenya uwanja wa sumaku wa Dunia katika maeneo ya ikweta ikiwa nishati yao ni kubwa kuliko 10 9 eV. Chembe hizo huvamia angahewa na, wakati wa kugongana na atomi zake, husababisha mabadiliko ya nyuklia, ambayo hutoa kiasi fulani cha mionzi ya pili ya cosmic. Miale hii ya pili ya ulimwengu tayari inagunduliwa kwenye uso wa Dunia. Ili kusoma miale ya ulimwengu katika umbo lake la asili (miale ya msingi ya ulimwengu), vifaa vinainuliwa kwenye roketi na satelaiti bandia za Dunia. Takriban 99% ya chembe chembe chembe chembe nishati ambazo "hutoboa" ngao ya sumaku ya Dunia ni miale ya ulimwengu ya asili ya galaksi, na karibu 1% tu huundwa kwenye Jua. Sehemu ya sumaku ya Dunia inashikilia idadi kubwa ya chembe za nishati, elektroni na protoni. Nishati na mkusanyiko wao hutegemea umbali wa Dunia na latitudo ya kijiografia. Chembe hizo hujaza, kana kwamba, pete kubwa au mikanda inayozunguka Dunia karibu na ikweta ya kijiografia.
Edward Kononovich