Магнитное поле Земли

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

То, что у нашей Земли имеется собственное магнитное поле, известно всем с самого детства — компас, очевидно, самый привычный из геофизических приборов. Гораздо менее известно, что это геомагнитное поле не есть что-то застывшее, неизменное. Его направление систематически отклоняется от строгой линии, соединяющей северный и южный полюса, — это называется девиацией. Определенные составляющие поля медленно дрейфуют в направлении с востока на запад, а данные палеомагнетизма (науки, изучающей магнитное поле давно прошедших эпох) свидетельствуют о том, что время от времени магнитное поле нашей планеты совсем исчезало, а потом появлялось вновь, но уже имело другой знак: южный полюс становился северным, и наоборот.

Само происхождение и физическая природа устойчивого и сильного земного магнитного поля до сих пор не ясна, потому и считалось, что понять механизм его малых и больших отклонений пока невозможно. Однако совсем недавно опубликована научная работа, в которой делается смелая попытка доказать, что это не так. Авторы ее, Штеенбек и Хэлмис, выдвигают совсем новую идею, которая способна объяснить все перечисленные сложные вариации земного магнитного поля, вовсе не касаясь вопроса о его природе.

Они рассмотрели абстрактную, чисто физическую задачу: внутри сферической полости быстро вращается твердое, тоже сферическое тело, связанное с этой полостью довольно слабым взаимодействием типа изотропного, то есть равномерного со всех сторон, трения. Оказывается, можно получить строгое и, следовательно, количественное, а не только качественное, решение такой чисто механической задачи. Авторы показывают, что подобное вращение будет не совсем устойчивым, в результате чего тело своеобразного гироскопа — внутренней сферы — должно испытывать систематические отклонения типа девиаций.

Время от времени накапливающиеся возмущения должны приводить к потере устойчивости, и гироскоп может быстро перевернуться «вверх ногами». Если приложить результаты рассмотрения такой чрезвычайно простой модели к Земле, получится вот что. По современным понятиям внутри Земли действительно имеется твердое ядро, которое можно рассматривать как гироскоп-волчок. Оно действительно находится внутри шарообразной полости — это внешние слои. Между ними на самом деле существует не очень сильное взаимодействие, тормозящее подлинное вращение ядра. Это взаимодействие возникает из-за того, что ядро является хорошим проводником, вращающимся в магнитном поле. Ось вращения ядра должна лежать в плоскости земного экватора и медленно перемещаться по ней с востока на запад — это объясняет наблюдаемый в действительности западный дрейф.

Пусть в ядре имеется какой-либо источник магнитного поля. Здесь принципиально не важно, какова природа этого источника, — например, это может быть просто гигантский постоянный магнит. Тогда изменения в движении ядра, описываемые простой теорией гироскопа, дадут все наблюдаемые вариации геомагнитного поля, вплоть до изменений его знака, которые в рамках данной гипотезы объясняются просто переворотом ядра на 180 градусов.

Новая теория имеет определенные неясности. Например, перемещения масс материи в различных слоях должны вызывать трение, которое, конечно, нельзя считать слабым. И уж, безусловно, оно не будет равномерным со всех сторон. Но, возможно, это лишь частные детали, не меняющие сути того, что предложенная теория позволяет довольно просто объяснять вариации геомагнитного поля и даже высказывать о них количественные предположения, которые будет нетрудно проверить на практике.

Автор: И. Первушин.