Geomagneettinen kenttä: ominaisuudet, rakenne, ominaisuudet ja tutkimushistoria

2024 Kirjoittaja: Henry Conors | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-02-12 06:50

Geomagneettinen kenttä (GP) syntyy maan sisällä sekä magnetosfäärissä ja ionosfäärissä sijaitsevista lähteistä. Se suojaa planeettaa ja sen elämää kosmisen säteilyn haitallisilta vaikutuksilta. Hänen läsnäolonsa havaitsivat kaikki, jotka pitivät kompassia ja näkivät kuinka nuolen toinen pää osoittaa etelään ja toinen pohjoiseen. Magnetosfäärin ansiosta fysiikassa tehtiin suuria löytöjä, ja toistaiseksi sen läsnäoloa on käytetty merenkulussa, vedenalaisessa, ilmailussa ja avaruusnavigaatiossa.

Yleiset ominaisuudet

Planeettamme on v altava magneetti. Sen pohjoisnapa sijaitsee maan "ylemmässä" osassa, lähellä maantieteellistä napaa, ja sen etelänapa on lähellä vastaavaa maantieteellistä napaa. Näistä kohdista varsinaisen magnetosfäärin muodostavat magneettiset voimalinjat ulottuvat useiden tuhansien kilometrien päähän avaruuteen.

Magneettiset ja maantieteelliset navat ovat melko kaukana toisistaan. Jos piirrät selkeän viivan magneettinapojen väliin, voit päätyä magneettiseen akseliin, jonka k altevuuskulma on 11,3 ° pyörimisakseliin nähden. Tämä arvo ei ole vakio, ja kaikki johtuu siitä, että magneettiset navat liikkuvat suhteessa planeetan pintaan ja muuttavat sijaintiaan vuosittain.

Geomagneettisen kentän luonne

Magneettisen suojan synnyttävät sähkövirrat (liikkuvat varaukset), jotka syntyvät ulommassa nesteytimessä, joka sijaitsee maan sisällä erittäin kohtuullisessa syvyydessä. Se on nestemäistä metallia ja liikkuu. Tätä prosessia kutsutaan konvektioksi. Ytimen liikkuva aine muodostaa virtoja ja sen seurauksena magneettikenttiä.

Magneettinen kilpi suojaa maata luotettavasti kosmiselta säteilyltä. Sen päälähde on aurinkotuuli - auringon koronasta virtaavien ionisoitujen hiukkasten liike. Magnetosfääri kääntää tämän jatkuvan virtauksen suuntaamalla sen Maan ympäri, jotta kova säteily ei vaikuta haitallisesti kaikkeen sinisen planeetan elämään.

Jos maapallolla ei olisi geomagneettista kenttää, aurinkotuuli riistäisi sen ilmakehän. Yhden hypoteesin mukaan Marsissa tapahtui juuri näin. Aurinkotuuli ei ole kaukana ainoasta uhkasta, sillä Aurinko vapauttaa myös suuria määriä ainetta ja energiaa koronaalisten ejektioiden muodossa, johon liittyy voimakas radioaktiivisten hiukkasten virta. Kuitenkin myös näissä tapauksissa Maan magneettikenttä suojaa sitä ohjaamalla näitä virtoja poisplaneetat.

Magneettinen suoja vaihtaa navat noin 250 000 vuoden välein. Pohjoinen magneettinapa ottaa pohjoisen paikan ja päinvastoin. Tutkijoilla ei ole selkeää selitystä, miksi näin tapahtuu.

Tutkimushistoria

Ihmiset tutustuivat maanpäällisen magnetismin hämmästyttäviin ominaisuuksiin sivilisaation kynnyksellä. Magneettinen rautamalmi, magnetiitti, oli ihmiskunnan tiedossa jo antiikissa. Ei kuitenkaan tiedetä, kuka ja milloin paljasti, että luonnonmagneetit ovat yhtä suuntautuneita avaruudessa suhteessa planeetan maantieteellisiin napoihin. Erään version mukaan kiinalaiset tunsivat tämän ilmiön jo vuonna 1100, mutta käytännössä he alkoivat käyttää sitä vasta kaksi vuosisataa myöhemmin. Länsi-Euroopassa magneettikompassia alettiin käyttää navigoinnissa vuonna 1187.

Rakenne ja ominaisuudet

Maan magneettikenttä voidaan jakaa:

• päämagneettikenttä (95 %), jonka lähteet sijaitsevat planeetan uloimmassa johtavassa ytimessä;
• epänormaali magneettikenttä (4 %), jonka maapallon ylemmän kerroksen kivet luovat hyvällä magneettisussceptiivuudella (yksi voimakkaimmista on Kurskin magneettinen anomalia);
• ulkoinen magneettikenttä (kutsutaan myös muuttuvaksi, 1 %), joka liittyy auringon ja maan väliseen vuorovaikutukseen.

Säännölliset geomagneettiset vaihtelut

Geomagneettisen kentän muutoksia ajan kuluessa sekä sisäisten että ulkoisten (suhteessa planeetan pintaan) lähteiden vaikutuksesta kutsutaan magneettisiksi vaihteluiksi. He ovatjoille on tunnusomaista HP-komponenttien poikkeama havaintopaikan keskiarvosta. Magneettisilla vaihteluilla on jatkuva ajallinen uudelleenjärjestely, ja usein tällaiset muutokset ovat säännöllisiä.

Säännölliset vaihtelut, jotka toistuvat päivittäin, ovat muutoksia magneettikentässä, jotka liittyvät auringon ja kuun ja päivän välisiin muutoksiin MS-taudin intensiteetissä. Vaihtelut ovat huippunsa päivällä ja kuun oppositiossa.

Epäsäännölliset geomagneettiset vaihtelut

Nämä muutokset johtuvat aurinkotuulen vaikutuksesta Maan magnetosfääriin, itse magnetosfäärissä tapahtuvista muutoksista ja sen vuorovaikutuksesta ionisoidun yläilmakehän kanssa.

• Kahdenkymmenenseitsemän päivän vaihtelut ovat mallina magneettisen häiriön uudelleenkasvulle 27 päivän välein, mikä vastaa päätaivaankappaleen kiertoaikaa suhteessa maalliseen tarkkailijaan. Tämä suuntaus johtuu siitä, että kotitähdellämme on pitkäikäisiä aktiivisia alueita, joita havaittiin useiden sen kierrosten aikana. Se ilmenee geomagneettisten häiriöiden ja magneettisten myrskyjen toistuvana 27 päivää.
• Yhdentoista vuoden vaihtelut liittyvät Auringon täplän muodostumisaktiivisuuden jaksoittaisuuteen. Todettiin, että vuosina, jolloin aurinkolevylle kertyi eniten tummia alueita, myös magneettinen aktiivisuus saavuttaa maksiminsa, mutta geomagneettisen aktiivisuuden kasvu jää keskimäärin vuoden jälkeen auringon aktiivisuuden kasvusta.
• Kausivaihteluilla on kaksi huippua ja kaksi alintapäiväntasaus ja päivänseisaus.
• Maalliset, toisin kuin edellä, - ulkoista alkuperää, muodostuvat aineen liikkeen ja a altoprosessien seurauksena planeetan nestemäisessä sähköä johtavassa ytimessä ja ovat pääasiallinen tietolähde sähköisestä alemman vaipan ja ytimen johtavuus, aineen konvektioon johtavista fysikaalisista prosesseista sekä Maan geomagneettisen kentän muodostumismekanismista. Nämä ovat hitaimpia vaihteluita - jaksot vaihtelevat useista vuosista vuoteen.

Magneettisen kentän vaikutus elävään maailmaan

Huolimatta siitä, että magneettisuojaa ei voi nähdä, planeetan asukkaat tuntevat sen täydellisesti. Esimerkiksi muuttolinnut rakentavat reittiään keskittyen siihen. Tutkijat esittävät useita hypoteeseja tästä ilmiöstä. Yksi niistä ehdottaa, että linnut havaitsevat sen visuaalisesti. Muuttolintujen silmissä on erityisiä proteiineja (kryptokromeja), jotka pystyvät muuttamaan sijaintiaan geomagneettisen kentän vaikutuksesta. Tämän hypoteesin kirjoittajat ovat varmoja, että kryptokromit voivat toimia kompassina. Kuitenkin paitsi linnut, myös merikilpikonnat käyttävät magneettista näyttöä GPS-navigaattorina.

Magneettisen näytön vaikutus ihmiseen

Geomagneettisen kentän vaikutus ihmiseen eroaa olennaisesti kaikista muista, olipa kyseessä säteily tai vaarallinen virta, koska se vaikuttaa ihmiskehoon täysin.

Tutkijat uskovat, että geomagneettinen kenttä toimii erittäin matalalla taajuusalueella, minkä seurauksena se täyttää tärkeimmänfysiologiset rytmit: hengitys, sydän ja aivot. Ihminen ei ehkä tunne mitään, mutta keho reagoi siihen silti hermoston, sydän- ja verisuonijärjestelmän ja aivojen toiminnan toiminnallisilla muutoksilla. Psykiatrit ovat seuranneet geomagneettisen kentän voimakkuuden purkausten ja mielenterveyden sairauksien pahenemisen välistä suhdetta useiden vuosien ajan, mikä usein johtaa itsemurhaan.

Gomagneettisen toiminnan "indeksointi"

Magnettosfääri-ionosfäärisen virtajärjestelmän muutoksiin liittyviä magneettikentän häiriöitä kutsutaan geomagneettiseksi aktiivisuudeksi (GA). Sen tason määrittämiseen käytetään kahta indeksiä - A ja K. Jälkimmäinen näyttää GA:n arvon. Se lasketaan magneettisuojan mittauksista joka päivä kolmen tunnin välein alkaen klo 00:00 UTC (Universal Time Coordinated). Magneettisen häiriön korkeimpia arvoja verrataan tietyn tiedelaitoksen hiljaisen päivän geomagneettisen kentän arvoihin, kun taas havaittujen poikkeamien maksimiarvot huomioidaan.

Saadun tiedon perusteella lasketaan K-indeksi. Koska se on kvasilogaritminen arvo (eli se kasvaa yhdellä häiriön kasvaessa noin 2-kertaiseksi), se ei voi lasketaan keskiarvo, jotta saadaan pitkän aikavälin historiallinen kuva planeetan geomagneettisten kenttien tilasta. Tätä varten on indeksi A, joka on päivittäinen keskiarvo. Se määritetään yksinkertaisesti - indeksin K jokainen ulottuvuus muunnetaanvastaava indeksi. Päivän aikana saadut K-arvot on keskiarvotettu, minkä ansiosta on mahdollista saada A-indeksi, jonka arvo tavallisina päivinä ei ylitä 100:n kynnystä ja vakavimpien magneettimyrskyjen aikana se voi ylittää 200.

Koska geomagneettisen kentän häiriöt planeetan eri osissa ilmenevät eri tavalla, voivat A-indeksin arvot eri tieteellisistä lähteistä poiketa huomattavasti. Tällaisen nousun välttämiseksi observatorioiden saamat indeksit A pienennetään keskiarvoon ja globaaliindeksi A_p tulee näkyviin. Sama pätee indeksiin K_p, joka on murtoluku välillä 0-9. Sen arvo 0 - 1 osoittaa, että geomagneettinen kenttä on normaali, mikä tarkoittaa, että optimaaliset olosuhteet lyhyta altokaistojen kulkemiselle säilyvät. Tietysti melko voimakkaasta auringonsäteilyn virtauksesta. 2 pisteen geomagneettinen kenttä luonnehditaan kohtalaiseksi magneettiseksi häiriöksi, joka hieman vaikeuttaa desimetria altojen läpikulkua. Arvot 5-7 osoittavat geomagneettisten myrskyjen olemassaolon, jotka aiheuttavat vakavia häiriöitä mainitulle alueelle, ja voimakas myrsky (8-9 pistettä) tekee lyhyiden a altojen kulkemisen mahdottomaksi.

Geomagneettisen kentän aktiivisuus pisteissä

Ar	Kr	Kuvaus
0	0	Rauhallinen
2	1
3
4
7	2	Heikosti närkästynyt
15	3
27	4	närtynyt
48	5	Magneettinen myrsky
80	6
132	7	Suuri magneettinen myrsky
208	8
400	9

Magneettisten myrskyjen vaikutus ihmisten terveyteen

50-70 % maailman väestöstä kärsii magneettisista myrskyistä. Samaan aikaan stressireaktion alkaminen joillakin ihmisillä havaitaan 1-2 päivää ennen magneettista häiriötä, kun havaitaan auringonpurkausta. Toisille aivan huipussaan tai jonkin aikaa liiallisen geomagneettisen toiminnan jälkeen.

Metodisesti riippuvaisten sekä kroonisista sairauksista kärsivien on seurattava geomagneettisen kentän tietoja viikon ajan, jotta voidaan sulkea pois fyysinen ja henkinen stressi sekä kaikki toimet ja tapahtumat, jotka voivat johtaa stressiä, jos magneettimyrskyt lähestyvät.

Magneettikentän puutosoireyhtymä

Tilojen geomagneettisen kentän (hypogeomagneettikentän) heikkeneminen johtuu erilaisten rakennusten suunnitteluominaisuuksista, seinämateriaaleista sekä magnetoituneista rakenteista. Kun olet huoneessa heikentyneen yleislääkärin kanssa, verenkierto häiriintyy, kudosten ja elinten hapen ja ravinteiden saanti häiriintyy. Magneettisuojan heikkeneminen vaikuttaa myös hermostoon, sydän- ja verisuonijärjestelmään, hormonitoimintaan, hengityselimiin, luustoon ja lihaksiin.

Japanilainen lääkäri Nakagawa "soitti"tätä ilmiötä kutsutaan "ihmisen magneettikentän puutosoireyhtymäksi". Tämä käsite voi merkitykseltään kilpailla vitamiinien ja kivennäisaineiden puutteen kanssa.

Tämän oireyhtymän esiintymiseen viittaavat pääoireet ovat:

• väsymys;
• suorituskyvyn heikkeneminen;
• unettomuus;
• päänsärky ja nivelkipu;
• hypo- ja hypertensio;
• ruoansulatuskanavan toimintahäiriöt;
• sydän- ja verisuonijärjestelmän häiriöt.