Чому Земля – магніт? ч. 9. Недосяжна відповідь в блозі Науково-пізнавальний · від Олег · додано 15.09.2009 16:15

Коли в 40-х роках 20-го століття деякі спостереження показали, що магнітні поля є у Сонця й інших зірок, знову виник інтерес до гіпотези обертання. Її намагалися довести новими дослідами А. Шустер і великий англійський фізик професор Блеккет. Але й ці досліди не увінчалися успіхом.

Навпаки, досліди Блеккета довели, що магнітне поле не може виникати в результаті обертання. Підводячи підсумки, англійський учений знайшов мужність пожартувати:

« – Здається, я остаточно поховав свою власну гіпотезу».

Але висувалися і інші гіпотези. Згідно з однією з них основне магнітне поле виникає при обертанні Землі внаслідок різниці електричних зарядів усередині планети і на її поверхні. На жаль, магнітна сила цих передбачуваних зарядів, обчислена теоретично, виявилася зовсім іншою, ніж спостерігається насправді. Кінці не сходяться з кінцями.

У 1929 році фізик Гун запропонував свою теорію. На його думку, усередині земної кулі існують потоки заряджених частинок, що виникають саме завдяки високих температур. Рухаючись в початковому магнітному полі, вони повинні через обертання планети посилювати його. Так і створюється магнітна сила Землі. Але відразу впадають в очі вразливі місця теорії Гуна. По-перше, звідки ж береться початкове поле? Допускати його існування – означає просто намагатися пояснити одну загадку за допомогою іншої, настільки ж незрозумілою. А по-друге, якщо навіть таке поле було і тепер посилюється від дрейфу електричних частинок, то де межа його зростання? Виходить, що воно здатне підсилюватися до нескінченності, чого насправді зовсім не спостерігається.

Може бути, джерела основного поля слід шукати в глибинах Землі, в її ядрі? Як тепер стало відомо в результаті сейсмічних досліджень, земне ядро має діаметр близько семи тисяч кілометрів. Воно рідке, складається з розплавлених важких металів, стислих колосальним тиском всієї товщі земної кори. Температура ядра кілька тисяч градусів. Природні умови там настільки незвичайні, що ними займаються особливі галузі науки - магнітна гідродинаміка та інші.

Так фізик Я. І. Френкель, виходячи з таких уявлень про будову ядра планети, розробив нову цікаву гіпотезу походження земного магнетизму. Він вважає, що через різницю температур у різних шарах ядра в ньому виникають безперервні електричні струми. Ядро стає схожим на турбогенератор з самозбудження. Вироблювані ним струми і утворюють магнітне поле Землі.

Але щоб вони виникли, знову ж таки необхідно якесь первинне магнітне поле, хоча і слабке. Я. І. Френкель не знає, звідки воно береться.

- Чи є тим полем дуже слабке магнітне поле, яке створюється Сонцем завдяки обертанню, або це поле є результат гіромагнітного ефекту, зумовленого обертанням Землі, - це, зрештою, не грає ролі, - говорить він.

Так ми знову повертаємося до того ж, з чого починали: магнітна сила виникає в результаті обертання. Але ж це поки зовсім не доведено.

Більшість вчених як у нас, так і за кордоном все-таки вважає гіпотезу Френкеля найбільш вірогідною. Вона начебто підтверджується новітніми дослідженнями.

З процесами, що відбуваються в рідкому земному ядрі, пов'язані і вікові варіації основного поля. Їх породжують дрібні вихрові рухи електричних струмів на поверхні ядра, що швидко переміщаються зі сходу на захід.

Шлях шукань виявився довгим і нелегким. Довелося зробити мільйони дослідів, посилати експедиції у всі частини світу, щоб відповісти на запитання: а чому Земля - магніт?

Проводячи досліди в тісному, напівтемному підвалі, професор Лебедєв страждав від їх недосконалості і мріяв про моделі, порівнянні з планетами. Тепер людство отримало можливість провести такий космічний досвід.

Запуск штучних супутників Землі відкрив нову чудову епоху у вивченні геомагнетизму. На третьому радянському супутнику вперше був піднятий на величезну висоту від поверхні планети спеціальний магнітометр. Велися магнітні спостереження і на ракетах та штучних супутниках, запущених в США. Вперше вчені отримали можливість провести магнітну зйомку навколо планети на великих висотах.

І результати виявилися надзвичайно цікаві.

Несподівано великою виявилася напруженість електричного поля у верхніх шарах атмосфери: в сто разів вище, ніж припускали. Прилади, встановлені на третьому радянському супутнику і космічній ракеті, дозволили встановити, що наша планета оточена особливими «електричними поясами». Перший такий «ореол» починається на висоті п'ятисот-тисячі кілометрів. Він складається з величезного скупчення стрімко рухливих електричних частинок, енергія яких сягає сотень тисяч електроновольт. Інший «ореол», відділений від першого великим проміжком, тягнеться на висоті 40-50 тисяч кілометрів від поверхні Землі. Його утворюють електрони менших енергій.

Чому виникають ці кільцеві вихори заряджених частинок? Походження їх багато в чому ще незрозуміло і викликає суперечки серед вчених. Можна припускати, що це частинки, які прилетіли з міжпланетних просторів і від Сонця і захоплені магнітним полем Землі. Потрапивши в магнітну «пастку» земної поля, вони можуть місяцями, а то й довше носиться навколо планети.

Ці електричні струми створюють своє настільки сильне магнітне поле, що місцями воно іноді навіть нейтралізує основне поле і заряджені частинки можуть вириватися з його «полону». Можливо, саме тут криються головні причини багатьох варіацій і магнітних бур, які не знаходили поки досить вірного пояснення.

Яким би не було походження кільцевих вихорів навколо Землі, безперечно вже одне: вони тісно пов'язані з магнітним полем планети. І, звичайно, у свою чергу, впливають на нього. Тепер потрібно краще вивчити цю взаємодію. Тут науку чекає, ймовірно, чимало нових сюрпризів.

Мабуть, пов'язане з магнітним полем Землі і інше цікаве явище, виявлене при спостереженнях за третім супутником. У іоносфері, на висоті від двохсот до трьохсот кілометрів, відкриті особливі верстви, що отримали назву радіохвильоводів. Потрапившиа в такій «канал» радіохвиля може без перешкод обійти всю земну кулю. Це передвіщає вельми привабливі перспективи для радіо і телебачення.

Вдалося встановити, що деякі магнітні бурі викликаються потоками корпускул, що пролітають повз Землі.

Нові відкриття наближають нас до розгадки таємниці походження й основного магнітного поля планети. Магнітологи отримали достовірні дані про те, як зменшується напруженість земного поля з висотою. Данні показують, що у верхній атмосфері є особливі точки, де магнітне поле то швидко змінюється, то знову стає нормальним. Чому так відбувається - ще неясно. Деякі вчені припускають, ніби ці відхилення пов'язані з електричними струмовими системами в атмосфері. А може бути, супутник в цей момент врізався в хмару космічних частинок, що оточені своїм власним слабким магнітним полем?

Але в основному магнітна напруженість спадає з висотою суворо закономірно, підтверджуючи уявлення про дипольне намагнічування нашої планети.

І ось що особливо цікаво. Пролітаючи над найбільшою Східно-Сибірською магнітною аномалією, прилади супутника відзначають дуже повільне затухання магнітної напруженості з висотою. Значить, джерела аномалії перебувають значно нижче поверхні планети, десь глибоко в її надрах.

Такі ж примітні спостереження зроблені і при прольоті супутника над іншими аномаліями. Уважно вивчивши ці матеріали, вчені прийшли до висновку, що обидві головні більш постійні частини геомагнітного поля - основне поле і поле аномалій-зменшуються в міру віддалення від поверхні планети приблизно з однієї і тією ж швидкістю. Значить, і джерела їх мають перебувати приблизно на одній глибині, мабуть в рідкому ядрі.

Ці відкриття остаточно спростовують гіпотези, що пояснювали походження основного поля намагніченістю залізних руд в земній корі. Але зате вони неначе грунтовно підтверджують гіпотезу Я. І. Френкеля, про яку вже розповідалося: джерело головного поля дійсно знаходиться в ядрі планети.

Нові відкриття приносять і нові загадки. Чому так глибоко в надра планети йдуть «коріння» деяких магнітних аномалій? Або ці аномалії викликають не тільки скупчення магнітних руд в земній корі, як припускали раніше?

Питань виникає чимало. І, щоб відповісти на них, доведеться знову і знову проводити складні досліди, створювати нові гіпотези і посилати ракети все далі в космос.

А як же з головною загадкою?

Надсилаючи першу ракету на Місяць, вчені сподівалися дізнатися нарешті, чи має своє магнітне поле супутниця нашої планети. А знати це дуже важливо.

Якщо магнітне поле виникає все-таки від обертання планети, то воно має бути і в Місяця. Якщо ж справедлива гіпотеза Я. І. Френкеля, то свого магнітного поля Місяць не може мати, тому що, як вважає більшість учених, у неї немає рідкого ядра і, відповідно, - «турбогенератора з самозбудженням».

Зрозуміло, з яким хвилюванням стежили вчені в усіх країнах за польотом першої космічної ракети до Місяця. Вони чекали відповіді. ...

Польоти на місяць засвідчили – скільки-небудь помітного магнітного поля Місяць не має. Не виявилося навколо Місяця і ореолів з заряджених часток, які існують навколо Землі. Це також підтверджує відсутність магнітного поля у супутниці нашої планети. Адже подібні ореоли виникають саме через те, що заряджені частинки потрапляють в магнітну «пастку».

Гіпотеза, що зв'язувала походження земного магнетизму з обертанням планети, мабуть, тепер похована остаточно. Зате ідея Я. І. Френкеля отримала саме блискуче підтвердження. Немає в планети рідкого ядра – немає і магнітного поля!

Але. .. А якщо Місяць все-таки має розтоплене ядро? Як пояснити тоді відсутність у неї магнітного поля? Ми звикли вважати Місяць мертвим, давно холодним тілом. Проте напередодні перших космічних польотів було зроблено дивне, сенсаційне відкриття. Астроном М. А. Козирєв виявив і навіть сфотографував виверження розпечених газів в області місячного кратера Альфонс. Отже, на Місяці триває вулканічна діяльність. Надра Місяця знаходяться в гарячому стані, а ядро її, може бути, навіть в розплавленому, як і у Землі. Але чому ж тоді відсутнє магнітне поле?

Ні, нелегко відвоювати у природи будь-яку її таємницю. Розгадаєш одну – постає інша. ..

Щоб залишати коментарі, необхідно авторизуватись.