Lucrări de cercetare abstractă
Câmpul magnetic al planetelor sistemului solar
Efectuat:
Balyuk Ilya
supraveghetor:
Levykina R.H.
Profesor de fizică
Magnitogorsk 2017 G
Anotaţie.
Unul dintre caracteristici specifice planeta noastră este câmpul ei magnetic. Toate creaturile vii de pe Pământ au evoluat de milioane de ani tocmai în condițiile unui câmp magnetic și nu pot exista fără el.
acest lucru a făcut posibilă extinderea cercului cunoștințelor mele despre natura câmpului magnetic, proprietățile acestuia, despre planetele sistemului solar care au campuri magnetice, despre ipoteze și teorii astrofizice ale originii câmpurilor magnetice ale planetelor Sistemului Solar.
Conţinut
Introducere……………………………………………………………………………………………..4
Secţiunea 1. Natura şi caracteristicile câmpului magnetic…………………………..6
1.1, Definiția câmpului magnetic și a caracteristicilor acestuia. ……………
1.2.Reprezentarea grafică a câmpului magnetic……………………………
1.3.Proprietățile fizice ale câmpurilor magnetice………………………………….
Secțiunea 2. Câmpul magnetic al Pământului și chestiuni conexe fenomene naturale…. 9
Secțiunea 3. Ipoteze și teorii astrofizice ale originii câmpului magnetic al planetelor………………………………………………………………………………………………………… …… 13
Secțiunea 4. Revizuirea planetelor sistemului solar cu magnetice
domeniul…………………………………………………………………………………………...16
Secţiunea 5. Rolul câmpului magnetic în existenţă şi dezvoltare
Viața pe Pământ………………………………………………………………………………….. 20
Concluzie………………………………………………………………………. 22
Cărți uzate ………………………………………………………. 24
Aplicație………………………………………………………………………. 25
Introducere
Câmpul magnetic al Pământului este una dintre condițiile necesare pentru existența vieții pe planeta noastră. Dar geofizicienii (paleomagnetologi) au stabilit asta pe tot parcursul istoria geologică câmpul magnetic al planetei noastre și-a redus în mod repetat intensitatea și chiar și-a schimbat semnul (adică nordul și polul Sudși locurile schimbate). Câteva zeci de astfel de epoci de schimbări ale semnului câmpului magnetic, sau inversări, au fost acum identificate; ele se reflectă în proprietățile magnetice ale rocilor magnetice. Era actuală a câmpului magnetic se numește convențional era polarității directe. Se întâmplă de aproximativ 700 de mii de ani. Cu toate acestea, puterea câmpului scade lent, dar constant. Dacă acest proces continuă să se dezvolte, atunci în aproximativ 2 mii de ani puterea câmpului magnetic al Pământului va scădea la zero și apoi, după anumit timp„fără epocă magnetică” va începe să crească, dar va avea semnul opus. „Fără eră magnetică” poate fi percepută de organismele vii ca o catastrofă. Câmpul magnetic al Pământului este un scut care protejează viața de pe Pământ de fluxul solar și particule cosmice(electroni, protoni, nuclee ale unor elemente). Mișcându-se la viteze enorme, astfel de particule sunt un factor ionizant puternic, care, după cum se știe, afectează țesutul viu și, în special, aparatul genetic al organismelor. S-a stabilit că câmpul magnetic al Pământului deviază traiectoriile particulelor ionizante cosmice și le „învârte” în jurul planetei.
Oamenii de știință au identificat principalele caracteristici astronomice ale planetelor. Acestea includ: Mercur, Venus, Pământ, Luna, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto.
În opinia noastră, una dintre caracteristicile principale ale planetelor este câmpul magnetic
Relevanţă Cercetarea noastră este de a clarifica caracteristicile câmpului magnetic al unui număr de planete din sistemul solar.
TheNouYorkTimes.
găurile de ozon se vor extinde, iar aurora boreală vor începe să apară deasupra ecuatorului.
Problemă Cercetarea este de a rezolva contradicția dintre necesitatea de a lua în considerare câmpul magnetic ca una dintre caracteristicile planetelor și lipsa luării în considerare a datelor care indică relația dintre câmpul magnetic al Pământului și alte planete ale solarului. sistem.
Ţintă sistematizați datele despre câmpul magnetic al planetelor sistemului solar.
Sarcini.
1. Explorează starea curenta problemele câmpului magnetic în literatura științifică.
2. Clarificați principalele caracteristici fizice ale câmpului magnetic al planetelor.
3. Analizați ipotezele de origine a câmpului magnetic al planetelor Sistemului Solar, stabiliți care dintre ele sunt acceptate de comunitatea științifică.
4 . Completați tabelul general acceptat „Caracteristicile astronomice de bază ale planetelor” cu date despre câmpurile magnetice ale planetelor.
Un obiect: caracteristicile astronomice de bază ale planetelor.
Articol : identificând caracteristicile câmpului magnetic ca una dintre principalele caracteristici astronomice ale planetelor.
Metode de cercetare: analiza, sinteza, generalizarea, sistematizarea sensurilor.
Secțiunea 1. Câmp magnetic
1.1. S-a stabilit experimental că conductoarele prin care circulă curenți în acelașidirecțiile se atrag, iar în direcții opuse se resping. Pentru a descrie interacțiunea firelor prin care curg curenții, a fost folositun câmp magnetic- o formă specială de materie generată de curenți electrici sau curent electric alternativ și manifestată prin efectul acesteia asupra curenților electrici existențiîn acest domeniu. Câmpul magnetic a fost descoperit în 1820 de către fizicianul danez H.C. Oersted. Un câmp magneticdescrie interacţiuni magnetice care apar: a) între doi curenţi; b) între sarcinile curente și în mișcare; c) între două sarcini în mișcare.
Câmpul magnetic este de natură direcțională și trebuie să fie caracterizat printr-o mărime vectorială.Forța principală caracteristică câmpului magnetic se numeștem magneticprin inducție.Această valoare este de obicei indicată cu litera B.
Orez. 1
Când capetele firului sunt conectate la o sursă de curent continuu, săgeata „se îndepărtează” de fir. Mai multe ace magnetice plasate în jurul firului s-au întors într-un anumit fel.
În spațiul din jurfirele care transportă curent există un câmp de forță. În spațiul din jurul unui conductor care transportă curentexistăun câmp magnetic. (Fig.1)
Pentru a caracteriza câmpul magnetic al curentului, pe lângă inducție, a fost introdusă o mărime auxiliarăN , numită puterea câmpului magnetic. Intensitatea câmpului magnetic, spre deosebire de inducția magnetică, nu depinde de proprietățile magnetice ale mediului.
Orez. 2
Acele magnetice plasate la aceeași distanță de un conductor drept cu curent sunt dispuse sub formă de cerc.
1.2 Linii de inducție a câmpului magnetic.
Câmpurile magnetice, ca și cele electrice, pot fi reprezentate grafic folosind linii de inducție magnetică.Linii de inducție (sau linii ale vectorului B) sunt linii ale căror tangente sunt direcționate în același mod ca vectorul B într-un punct dat din câmp. Evident,că prin fiecare punct al câmpului magnetic se poate trasa o linie de inducţie. Deoarece inducția câmpului în orice punct are o anumită direcție, atunci direcția drepteiinducția în fiecare punct al unui câmp dat nu poate fi decât unică, ceea ce înseamnă că liniainducția câmpului magneticdesenat cu o astfel de densitate încât numărul de linii care intersectează o unitate de suprafațăperpendicular pe ele, a fost egal cu (sau proporțional cu) inducția câmpului magnetic într-o locație dată. Prin urmare, reprezentând liniile de inducție, ne putem imagina clar cuminducția se modifică în spațiu în modul și direcție.
1.3. Natura vortex a câmpului magnetic.
Linii de inducție magneticăcontinuu: nu au nici început, nici sfârșit. Areloc pentru orice câmp magnetic cauzat de orice circuite de curent. Se numesc câmpuri vectoriale cu linii continuecâmpuri de vortex. Vedem că câmpul magnetic este un câmp vortex.
Orez. 3
Micile pilituri de fier sunt dispuse sub formă de cercuri, „încercuind” conductorul. Dacă schimbați polaritatea conectării sursei de curent, rumegușul se va întoarce la 180 de grade.
Orez. 4
Câmpul magnetic al unui curent circular este format din linii continue închise de următoarea formă: (Fig. 5, 7)
Orez. 5
Pentru un câmp magnetic, ca și pentru un câmp electric,corectprincipiul suprapunerii: câmpul B generat de mai multe sarcini (curenți) în mișcare este egal cu suma vectoriala câmpurile W,generat de fiecare sarcină (curent) separat: adică, pentru a găsi forța care acționează asupra unui punct din spațiu, trebuie să adăugați forțele,care acționează asupra acestuia, așa cum se arată în Figura 4.
M câmp magnetic al curentului circular reprezintă un fel de figură opt cu diviziuneinele din centrul inelului prin care trece curentul. Diagrama acestuia este prezentată în figura de mai jos: (Fig. 6)
Orez. 6 Fig. 7
Astfel: câmpul magnetic este formă specială materie, prin care interacțiunea are loc între particulele încărcate electric în mișcare.
DESPRE principal proprietățile câmpului magnetic:
1.
2.
M Câmpul magnetic se caracterizează prin:
A) b)
Grafic, câmpul magnetic este reprezentat folosind linii de inducție magnetică
Secțiunea 2. Câmpul magnetic al Pământului și fenomenele naturale conexe
Pământul în ansamblu este un imens magnet sferic. Omenirea a început să folosească câmpul magnetic al Pământului cu mult timp în urmă. Deja la începutXII- XIIIsecole Busola devine din ce în ce mai răspândită în navigație. Cu toate acestea, în acele zile se credea că acul busolei era orientat de Steaua Polară și de magnetismul acesteia. Omul de știință englez William Gilbert, medic de curte al reginei Elisabeta, a fost primul care a arătat în 1600 că Pământul este un magnet, a cărui axă nu coincide cu axa de rotație a Pământului. În consecință, în jurul Pământului, ca și în jurul oricărui magnet, există un câmp magnetic. În 1635, Gellibrand a descoperit că câmpul magnetic al pământului se schimbă încet, iar Edmond Halley a efectuat primul sondaj magnetic al oceanelor și a creat primele hărți ale lumii (1702). În 1835, Gauss a efectuat o analiză armonică sferică a câmpului magnetic al Pământului. El a creat primul observator magnetic din lume la Göttingen.
2.1 Caracteristicile generale ale câmpului magnetic al Pământului
În orice punct al spațiului care înconjoară Pământul și pe suprafața acestuia, acțiunea forțelor magnetice este detectată. Cu alte cuvinte, un câmp magnetic este creat în spațiul din jurul Pământului.Polii magnetici și geografici ai Pământului nu coincid unul cu celălalt. Polul nord magnetic N se află în emisfera sudică, lângă coasta Antarcticii, iar polul sud magneticSeste situat în emisfera nordică, lângă coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se mișcă (în derivă) continuu pe suprafața pământului cu o viteză de aproximativ 5 0 pe an datorită variabilităţii proceselor generatoare de câmp magnetic. În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, ci rămâne în urmă cu 430 km. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece sub un unghi de numai 11,5 0 față de axa de rotație a planetei, putem folosi o busolă.
Fig 8
Într-o presupunere ideală și ipotetică în care Pământul ar fi singur spațiul cosmic, liniile de câmp ale câmpului magnetic al planetei au fost localizate în același mod ca liniile de câmp ale unui magnet convențional dintr-un manual școlar de fizică, adică. sub formă de arce simetrice care se întind de la polul sud la nord.(Fig. 8) Densitatea liniei (intensitatea câmpului magnetic) ar scădea odată cu distanța de la planetă. De fapt, câmpul magnetic al Pământului interacționează cu câmpurile magnetice ale Soarelui, cu planetele și cu fluxurile de particule încărcate emise din abundență de Soare. (Figura 9)
Fig 9
Dacă influența Soarelui însuși, și mai ales a planetelor, poate fi neglijată din cauza distanței lor, atunci acest lucru nu se poate face cu fluxuri de particule, altfel vântul solar. Vântul solar este un flux de particule emise cu o viteză de aproximativ 500 km/s atmosferă însorită. În momentele de erupții solare, precum și în perioadele de formare a unui grup de pete solare mari pe Soare, numărul de electroni liberi care bombardează atmosfera Pământului crește brusc. Aceasta duce la o perturbare a curenților care curg în ionosfera Pământului și, din această cauză, are loc o modificare a câmpului magnetic al Pământului. Apar furtuni magnetice. Astfel de fluxuri generează un câmp magnetic puternic, care interacționează cu câmpul Pământului, deformându-l foarte mult. Datorită câmpului său magnetic. Pământul reține particulele de vânt solar captate în așa-numitele centuri de radiații, împiedicându-le să treacă în atmosfera Pământului, cu atât mai puțin la suprafață. Particulele vântului solar ar fi foarte dăunătoare tuturor viețuitoarelor. Atunci când câmpurile menționate interacționează, se formează o graniță, pe o parte a căreia există un câmp magnetic perturbat (supus modificărilor datorate influențelor externe) al particulelor de vânt solar, pe cealaltă parte - câmpul perturbat al Pământului. Această limită ar trebui considerată ca limita spațiului apropiat de Pământ, granița magnetosferei și a atmosferei. Dincolo de această limită predomină influența câmpurilor magnetice externe. În direcția Soarelui, magnetosfera Pământului este aplatizată sub influența vântului solar și se extinde pe doar 10 raze ale planetei. În direcția opusă, există o alungire de până la 1000 de raze Pământului.
CU părăsind câmpul geomagnetic al Pământului.
Câmpul magnetic propriu al Pământului(câmp geomagnetic) poate fi împărțit în următoarele trei părți principale.
DESPRE principalul câmp magnetic al Pământului, care suferă modificări lente în timp (variații seculare) cu perioade de 10 până la 10.000 de ani, concentrate în intervale10-20, 60-100, 600-1200 și 8000 de ani. Acesta din urmă este asociat cu o modificare a momentului magnetic dipol de 1,5-2 ori.
M anomalii globale - abateri de la dipolul echivalent până la 20% intensitatezone individuale cu dimensiuni caracteristice de până la 10.000 km. Aceste câmpuri anormaleexperimentează variații seculare, ducând la schimbări în timp de-a lungul a mulți ani și secole. Exemple de anomalii: brazilian, canadian, siberian, Kursk. În timpul variațiilor seculare, anomaliile lumii se schimbă, se dezintegrează șise ridica din nou. La latitudini joase există o deplasare spre vest în longitudine la o viteză0,2° pe an.
M câmpurile magnetice ale zonelor locale ale învelișurilor exterioare cu o extensie dinde la câteva până la sute de km. Sunt cauzate de magnetizarea rocilor din stratul superior al Pământului, care alcătuiesc scoarța terestră și sunt situate aproape de suprafață. Unul dintrecel mai puternic - anomalie magnetică Kursk.
P Câmpul magnetic variabil al Pământului (numit și extern) este determinat desurse sub formă de sisteme de curent situate dincolo de suprafaţa pământului şiîn atmosfera sa. Principalele surse ale unor astfel de câmpuri și modificările lor sunt fluxurile corpusculare de plasmă magnetizată care vin de la Soare împreună cu vântul solar și formează structura și forma magnetosferei Pământului.
Prin urmare: Pământul în ansamblu este un imens magnet sferic.
În orice punct al spațiului care înconjoară Pământul și pe suprafața acestuia, acțiunea forțelor magnetice este detectată. Polul nord magneticNS. este situat în emisfera nordică, lângă coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se mișcă (acționează) continuu pe suprafața pământului.
În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, ci rămâne în urmă cu 430 km. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece la un unghi de doar 11,5 grade față de axa de rotație a planetei, putem folosi o busolă.
Secțiunea 3. Ipoteze și teorii astrofizice ale originii câmpului magnetic al Pământului
Ipoteza 1.
M mecanism dinam hidromagnetic
Proprietățile observate ale câmpului magnetic al Pământului sunt în concordanță cu ideea că acesta apare datorită mecanismuluidinam hidromagnetic. În acest proces, câmpul magnetic inițial este intensificat înrezultatul mișcărilor (de obicei convective sau turbulente) a materiei conductoare de electricitate în miezul lichid al planetei. La o temperatură a substanței decâteva mii de kelvin conductivitatea sa este suficient de mare pentru a permite mișcări convective,care apar chiar și într-un mediu slab magnetizat, ar putea excita curenți electrici în schimbare capabili, în conformitate cu legile inducției electromagnetice, să creeze noi câmpuri magnetice. Atenuarea acestor câmpuri fie creează energie termică(conform legii lui Joule) sau duce la apariția de noi câmpuri magnetice. ÎNÎn funcție de natura mișcărilor, aceste câmpuri pot fie să slăbească, fie să întărească câmpurile originale. Pentru a spori câmpul, este suficientă o anumită asimetrie a mișcărilor.Prin urmare, o conditie necesara dinam hidromagnetic este însăși prezențamișcări într-un mediu conducător și suficientă este prezența unei anumite asimetrii (spiralitate) a fluxurilor interne ale mediului. Când aceste condiții sunt îndeplinite, procesul de amplificare continuă până la pierderile crescând cu creșterea puterii curentuluiCăldura Joule nu va echilibra afluxul de energie provenit dinluarea în considerare a mișcărilor hidrodinamice.
Efect de dinamo - autoexcitare și întreținere în stare staționarăcâmpuri magnetice datorate mișcării unui lichid conductor sau plasmei gazoase. A luimecanismul este similar cu generarea de curent electric și câmp magnetic într-un dinamcu autoexcitare. Efectul dinam este asociat cu originea propriei salecâmpurile magnetice ale Soarelui Pământului și ale planetelor, precum și câmpurile lor locale, de exemplu, câmpurilepete și zone active.
Ipoteza 2.
ÎN hidrosfera rotativă ca posibilă sursă a câmpului magnetic al Pământului.
Susținătorii acestei ipoteze sugerează că problema originii câmpului magnetic al Pământului, cu toate acesteacaracteristicile de mai sus, ar putea găsi soluția bazată pe un singurmodel care clarifică modul în care este legată sursa magnetismului terestruhidrosferă. Această legătură, cred ei, este evidențiată de multe fapte. În primul rând, „înclinarea” axei magnetice menționate mai sus este că aceasta este înclinată șimutat în lateral Oceanul Pacific; Mai mult, este situat aproape simetric față de apele Oceanului Mondial.Totul sugerează căapa de mare însăși, fiind în mișcare, generează un câmp magnetic.Trebuie spus că acest concept este în concordanță cu datele din studiile paleomagnetice, care sunt interpretate ca dovezi ale comutării repetate a polilor magnetici.
Scăderea câmpului magnetic se datorează activităților civilizației, ceea ce duce la acidificarea globală mediu inconjuratorîn principal prin acumulare în ea dioxid de carbon. Astfel de activități ale civilizației, ținând cont de cele de mai sus, se pot dovedi a fi sinucigașe pentru ea.
Ipoteza 3
Z Pământul ca un motor DC auto-excitat
Soare
Orez. 10 Schema de interacțiune dintre Soare și Pământ:
(-) - flux de particule încărcate;
1s - curent solar;
1з - curent circular al Pământului;
Mv - momentul de rotație al Pământului;
co este viteza unghiulară a Pământului;
Fz - flux magnetic creat de câmpul Pământului;
Fs este fluxul magnetic creat de curentul vântului solar.
Față de Pământ, vântul solar este un flux de particule încărcate într-o direcție constantă, iar acesta nu este altceva decât un curent electric. Conform definiției direcției curentului, acesta este îndreptat în direcția opusă mișcării particulelor încărcate negativ, adică. de la Pământ la Soare.
Să luăm în considerare interacțiunea curentului solar cu câmpul magnetic excitat al pământului. Ca rezultat al interacțiunii, un cuplu M acționează asupra Pământului 3 , îndreptată spre rotația Pământului. Astfel, Pământul, în raport cu vântul solar, se comportă similar cu un motor DC autoexcitat. Sursa de energie (generatorul) în acest caz este Soarele.
Stratul actual al Pământului determină în mare măsură apariția proceselor electrice în atmosferă (furtuni, aurore, luminile Sf. Elm). S-a observat că în timpul erupțiilor vulcanice, procesele electrice din atmosferă sunt activate semnificativ.
Din cele de mai sus rezultă: sursa câmpului magnetic al Pământului nu a fost încă stabilită de știință, care se ocupă doar de o abundență de ipoteze înaintate în acest sens.
Ipoteza, în primul rând, trebuie să explice originea componentei câmpului magnetic al Pământului, datorită căreia planeta se comportă ca un magnet permanent cu polul magnetic nord în apropierea polului geografic sud și invers.
Astăzi, ipoteza curenților electrici turbionari care curg în partea exterioară a miezului Pământului, care prezintă unele proprietăți lichide, este aproape în general acceptată. Se calculează că zona în care funcționează mecanismul „dinam” este situată la o distanță de 2,25-0,3 razele Pământului.
Secțiunea 4. Trecere în revistă a planetelor din sistemul solar care au un câmp magnetic
În prezent, ipoteza curenților electrici turbionari care curg în partea exterioară a miezului planetar, care prezintă unele proprietăți lichide, este aproape în general acceptată.
Pământul și alte opt planete se învârt în jurul Soarelui. (Fig. 11) Este una dintre cele 100 de miliarde de stele care alcătuiesc galaxia noastră.
Fig. 11 Planetele Sistemului Solar
Fig. 12 Mercur
Densitate mare Mercur duce la concluzia că planeta are un nucleu de fier-nichel. Nu știm dacă nucleul lui Mercur este dens sau, ca și al Pământului, un amestec de materie densă și lichidă. Mercurul are un câmp magnetic foarte puternic, ceea ce sugerează că reține un strat subțire de material topit, posibil un compus fier-sulf, care înconjoară un miez dens.
Curenții din acest strat de suprafață lichid explică originea câmpului magnetic. Cu toate acestea, fără influența rotației rapide a planetei, mișcarea părții lichide a nucleului ar fi prea nesemnificativă pentru a explica o astfel de intensitate a câmpului magnetic. Câmpul magnetic indică faptul că ne confruntăm cu un magnetism de miez „rezidual”, „înghețat” în miez pe măsură ce s-a solidificat.
Venus
Densitatea lui Venus este doar puțin mai mică decât densitatea Pământului. Din aceasta rezultă că miezul său ocupă aproximativ 12% din volumul total al planetei, iar limita dintre nucleu și manta se află la aproximativ jumătatea distanței de la centru la suprafață. Venus nu are un câmp magnetic și chiar dacă o parte a miezului său este lichid, nu ne-am aștepta să se dezvolte un câmp magnetic în interiorul ei, deoarece se rotește prea încet pentru a genera curenții necesari.
Fig.13 Pământ
Câmpul magnetic puternic al Pământului își are originea într-un miez exterior lichid a cărui densitate sugerează că este compus dintr-un amestec topit de fier și un element mai puțin dens, cum ar fi sulful. Miezul interior solid constă în principal din fier, cu câteva procente de nichel inclus.
Marte
Marinar 4 a arătat că nu există un câmp magnetic puternic pe Marte și, prin urmare, nucleul planetei nu poate fi lichid. Cu toate acestea, cândMarte Global Inspector apropiindu-se de planeta la o rază de 120 km, s-a dovedit că unele zone de pe Marte au un magnetism rezidual puternic, probabil conservat din vremurile anterioare, când miezul planetei era lichid și putea genera un câmp magnetic puternic.Marinar 4 a arătat că nu există un câmp magnetic puternic pe Marte și, prin urmare, nucleul planetei nu poate fi lichid.
Fig. 14 Jupiter
Miezul lui Jupiter ar trebui să fie mic, dar cel mai probabil masa lui este de 10-20 de ori masa Pământului. Nu cunoaștem starea materialelor stâncoase din miezul lui Jupiter. Cel mai probabil ar trebui să fie topite, dar presiunea enormă îl poate face solid.
Jupiter are cel mai puternic câmp magnetic dintre toate planetele din sistemul solar. Este cu 20.000 de mii mai mare decât puterea câmpului magnetic al Pământului. Câmpul magnetic al lui Jupiter este înclinat cu 9,6 grade față de axa de rotație a planetei și este generat prin convecție într-un strat gros de hidrogen metalic.
Fig. 15 Saturn
Structura internă a lui Saturn este comparabilă cu structura internă a celorlalte planete gigantice. Saturn are un câmp magnetic de 600 de ori mai puternic decât câmpul magnetic al Pământului. Aceasta este o versiune deosebită a câmpului lui Jupiter. Aceleași aurore apar pe Saturn. Singura lor diferență față de cele jupiteriane este că coincid exact cu axa de rotație a planetei. Ca și câmpul lui Jupiter, câmpul magnetic al lui Saturn este generat de procesele de convecție care au loc într-un strat de hidrogen metalic.
Fig. 16 Uranus
Uranus are aproape aceeași densitate ca și Jupiter. Miezul central stâncos experimentează probabil o presiune de aproximativ 8 milioane de atmosfere și o temperatură de 8.000 0 . Uranus are un câmp magnetic puternic, de aproximativ 50 de ori mai mare decât câmpul magnetic al Pământului. Câmpul magnetic este înclinat față de axa de rotație a planetei la un unghi de 59 0 , care vă permite să determinați viteza de rotație internă. Centrul de simetrie al câmpului magnetic al lui Uranus este situat la aproximativ o treime din distanța de la centrul planetei la suprafața sa. Acest lucru sugerează că câmpul magnetic este generat de curenții de convecție în partea înghețată a interiorului planetei.
Fig. 17 Neptun
Structura internă este foarte asemănătoare cu cea a lui Uranus. Câmpul magnetic al lui Neptun este de aproximativ 25 de ori mai mare decât câmpul magnetic al Pământului și de 2 ori mai slab decât câmpul magnetic al lui Uranus. La fel ca el. Este înclinată la un unghi de 47 de grade față de axa de rotație a planetei. Astfel, putem spune că câmpul lui Neptun a apărut ca urmare a curenților de convecție în straturi de gheață lichidă. În acest caz, centrul de simetrie al câmpului magnetic se află destul de departe de centrul planetei, la jumătatea distanței de la centru până la suprafață.
Pluton
Avem informații concrete despre structura internă a lui Pluto. Densitatea sugerează că sub mantaua de gheață se află cel mai probabil un nucleu stâncos, care conține aproximativ 70% din masa planetei. Este foarte posibil să existe și un nucleu glandular în interiorul miezului petros.
Realizarea faptului că Pluto are proprietăți similare cu multe obiecte din Centura Kuiper i-a determinat pe mulți oameni de știință să creadă că Pluto nu ar trebui considerat o planetă, ci mai degrabă clasificat ca un alt obiect din Centura Kuiper. Uniunea Astronomică Internațională a pus capăt acestei dezbateri: pe baza precedentului istoric, Pluto va continua să fie considerat o planetă în viitorul apropiat.
Tabelul 1 - „Caracteristicile astronomice de bază ale planetelor”.
T Astfel, am ajuns la concluzia: un astfel de criteriu precum câmpul magnetic este o caracteristică astronomică semnificativă a planetelor sistemului solar.Majoritatea planetelor din Sistemul Solar (Tabelul 1) au proprietăți magnetice într-un grad sau altul.câmpuri. În ordinea descrescătoare a momentului magnetic dipol, Jupiter este pe primul loc șiSaturn, urmat de Pământ, Mercur și Marte, iar în raport cu momentul magnetic al Pământului valoarea momentelor lor este de 20.000, 500, 1, 3/5000 3/10000.
Secțiunea 5. Rolul câmpului magnetic în existența și dezvoltarea vieții pe Pământ
Câmpul magnetic al Pământului slăbește și acest lucru reprezintă o amenințare serioasă pentru toată viața de pe planetă.Potrivit oamenilor de știință, acest proces a început cu aproximativ 150 de ani în urmă și În ultima vreme accelerat. LAÎn prezent, câmpul magnetic al planetei s-a slăbit cu aproximativ 10-15%.
În timpul acestui proces, oamenii de știință cred că câmpul magnetic al planetei se va slăbi treptatpractic va dispărea, apoi va reapărea, dar va avea polaritatea opusă.
Acele de busolă care indicau anterior spre Polul Nord vor începe să îndrepte spre Polul Sudpolul magnetic, care va fi înlocuit cu Polul Nord. Rețineți că vorbim în special despre magnetic,și nu despre poli geografici.
Câmpul magnetic joacă un rol foarte important în viața Pământului: pe de o parte, protejeazăplanetă dintr-un flux de particule încărcate care zboară de la Soare și din adâncurile spațiului și, pe de altă parte, serveșteca un semn rutier pentru vieţuitoare care migrează anual. Ce se întâmplă dacă astacâmpul va dispărea, nimeni nu poate prezice cu exactitate, noteazăTheNouYorkTimes.
Se poate presupune că, în timp ce schimbarea polilor are loc, multe lucruri de pe cer și de pe pământ vor avea locva deveni sălbatic. O schimbare a polilor poate duce la accidente pe liniile de înaltă tensiune, defecțiuni ale sateliților și probleme pentru astronauți. Inversarea polarității va duce la semnificativegăurile de ozon se vor extinde, iar aurora boreală vor începe să apară deasupra ecuatorului.
Animalele care navighează folosind busole „naturale” se vor confrunta cu probleme serioase.Peștii, păsările și animalele își vor pierde orientarea și nu vor ști în ce direcție să migreze.
Cu toate acestea, potrivit unor experți, frații noștri mai mici s-ar putea să nu experimentezeasemenea probleme catastrofale. Mișcarea polilor va dura aproximativ o mie de ani.Experții cred că animalele care navighează de-a lungul liniilor câmpului magnetic al Pământuluivor avea timp să se adapteze și să supraviețuiască.
Deși inversarea finală a polilor este probabil să aibă loc peste sute de ani,acest proces provoacă deja daune sateliților. Ultima data se crede a fi un cataclism similara avut loc acum 780 de mii de ani.
În consecință: în epocile în care Pământul nu are un câmp magnetic, scutul său protector anti-radiații dispare. Crește semnificativ (de câteva ori). radiații de fond poate afecta semnificativ biosfera.
Concluzie
Problema studiului magnetic este extrem de relevantă pentru că...În epocile în care Pământul nu are un câmp magnetic, scutul său protector anti-radiații dispare. O creștere semnificativă (de câteva ori) a radiației de fond poate afecta în mod semnificativ biosfera: unele grupuri de organisme trebuie să se stingă, printre altele, numărul de mutații poate crește etc. Și dacă luăm în considerare erupțiile solare, i.e. explozii de putere colosală asupra Soarelui, care emit fluxuri extrem de puternice de raze cosmice, atunci trebuie concluzionat că erele dispariției câmpului magnetic al Pământului sunt epoci de influență catastrofală asupra biosferei din Cosmos.
Un câmp magnetic este o formă specială de materie prin care are loc interacțiunea între particulele încărcate electric în mișcare.
Proprietățile de bază ale câmpului magnetic:
A) Câmpul magnetic este generat de curent electric (sarcină în mișcare).
b) Un câmp magnetic este detectat prin efectul său asupra curentului (sarcină în mișcare),
Câmpul magnetic se caracterizează prin:
A) Inducția magnetică B este principala forță caracteristică unui câmp magnetic.b) Intensitatea câmpului magnetic H este o mărime auxiliară.
Grafic, câmpul magnetic este reprezentat folosind linii de inducție magnetică.
Cel mai studiat este câmpul magnetic al Pământului. În orice punct al spațiului care înconjoară Pământul și pe suprafața acestuia, acțiunea forțelor magnetice este detectată. Polul nord magneticNsituat în emisfera sudică, în apropierea coastei Antarcticii, și a polului magnetic sudicS. este situat în emisfera nordică, lângă coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se mișcă (acționează) continuu pe suprafața pământului. În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, ci rămâne în urmă cu 430 km. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece la un unghi de doar 11,5 grade față de axa de rotație a planetei, putem folosi o busolă.
Sursa câmpului magnetic al Pământului nu a fost încă stabilită de știință, care se ocupă doar de o abundență de ipoteze înaintate în acest sens.Ipoteza, în primul rând, trebuie să explice originea componentei câmpului magnetic al Pământului, datorită față de care planeta se comportă ca un magnet permanent cu un pol magnetic nord în apropierea polului geografic sud și invers. Astăzi, ipoteza curenților electrici turbionari care curg în partea exterioară a miezului Pământului, care prezintă unele proprietăți lichide, este aproape în general acceptată. Se calculează că zona în care funcționează mecanismul „dinam” este situată la o distanță de 2,25-0,3 razele Pământului.Trebuie remarcat faptul că ipotezele care explică mecanismul apariției câmpului magnetic al planetelor sunt destul de contradictorii și nu au fost încă confirmate.
Majoritatea planetelor din sistemul solar au proprietăți magnetice într-o măsură sau alta.câmpuri. Am colectat din diverse surse și am sistematizat date despre caracteristicile diferitelor planete ale sistemului solar. Am completat tabelul general acceptat „Caracteristicile astronomice de bază ale planetelor” cu aceste date. Considerăm că criteriul „câmpului magnetic” este una dintre caracteristicile principale ale planetelor sistemului solar. În ordinea descrescătoare a momentului magnetic dipol, Jupiter este pe primul loc șiSaturn, urmat de Pământ, Mercur și Marte, iar în raport cu momentul magnetic al Pământului, valoarea momentelor lor este de 20.000, 500, 1, 3/5000, 3/10000..
6. Semnificația teoretică a studiului este aceea că:
1) se sistematizează material despre Câmpul magnetic al Pământului și planetele sistemului solar;
2) Au fost clarificate caracteristicile fizice principale ale câmpului magnetic al planetelor sistemului solar și a fost completat tabelul „Caracteristicile astronomice de bază ale planetelor” cu date despre câmpurile magnetice ale sistemului solar;
În plus, semnificația teoretică pe tema „Câmpul magnetic al planetelor sistemului solar” mi-a permis să-mi extind cunoștințele de fizică și astronomie.
Cărți uzate
1 .Govorkov V. A. Câmpuri electrice și magnetice. „Energie”, M, 1968 – 50 p.
2. David Rothery Planets, Fair-Press”, M, 2005 – 320 p.
3 .Tamm I.E. Despre curenții din ionosferă care provoacă variații ale câmpului magnetic al pământului. Culegere de lucrări științifice, vol. 1, „Știință”, M., 1975 – 100 p.
4. Yanovsky B. M. Magnetism terestru, „Editura Universității din Leningrad”. Leningrad, 1978 – 75 p.
Paplicarea
Tezaur
G giganții az sunt cele mai mari două planete gigantice (Jupiter și Saturn), care au un strat exterior de gaz mai adânc decât celelalte două planete gigantice.
G planetele gigantice sunt cele patru cele mai mari planete situate în regiunea exterioară a sistemului solar (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun), a căror masă este de zeci sau sute de ori mai mare decât masa Pământului și care nu au o suprafață solidă.
LA Centura Oyper este o regiune a sistemului solar situată dincolo de orbita lui Neptun la o distanță de 30-50 au. De la Soare, populat de obiecte mici, înghețate, de dimensiuni subplanetare numite (cu excepția lui Pluto și a lunii sale Charon, care sunt cele mai mari corpuri din această regiune) obiecte din centura Kuiper. Existența centurii Kuiper este prezisă teoretic de Kenneth Edgeworth (1943) și Edgeworth-Copeyr (sau disc).Obiectele aflate în ea se numesc obiecte din centura Kuiper sau obiecte Edgeworth-Copeyr.
LA ora - stratul exterior, diferit din punct de vedere chimic, al unui corp planetar solid. Pe planetele terestre, mantaua este stâncoasă și conține mai multe elemente cu densitate scăzută decât mantaua subiacentă. Pe sateliții înghețați sau pe corpuri asemănătoare acestora, calciul (unde există) este mai bogat în săruri și gheață zburătoare decât mantaua de gheață subiacentă.
L unitati- acest termen este folosit uneori pentru a face referire la apa înghețată, dar se poate referi și la alte substanțe volatile în stare înghețată (metan, amoniac, monoxid de carbon, dioxid de carbon și azot - fie individual, fie în combinație).
M Antiya- o rocă distinctă din punct de vedere al compoziției care se află în afara miezului unui corp planetar solid. Planetele terestre au planete stâncoase, în timp ce sateliții înghețați au planete înghețate. În unele cazuri, roca chimică exterioară diferă ușor de compoziția rocii în sine.În acest caz, se numește scoarță.
P planetă - unul dintre obiectele mari care se învârt în jurul Soarelui (sau al unei alte stele).Nouă corpuri (Mercur, Venus, Pluto) sunt numite planetele sistemului nostru solar. Este imposibil de dat o definiție exactă, deoarece Pluto, aparent, este un obiect excepțional de mare din centura Kuiper (majoritatea acestor obiecte sunt prea mici pentru a fi considerate P.), în timp ce unii sateliți ai lui P., prin dimensiunea, compoziția și alte caracteristici, ar putea fi numiți P.
P planete terestre- Pământul și corpuri cerești similare (având un nucleu feros și o suprafață stâncoasă).Astfel de planete includ Mercur, Venus și Marte. Acestea includ, de asemenea, Luna și marele satelit Jupiter-Io.
P recesiune - mișcare lentă a axei de rotație a Pământului de-a lungul unui con circular cu o axă, un unghi de 23-27 de grade.
Perioada unei revoluții complete este de aproximativ 26 de mii de ani. Ca urmare a lui P., poziția ecuatorului ceresc se modifică; punctele echinocțiului de primăvară și toamnă la mișcarea anuală de cupru a Soarelui cu 50,24 secunde pe an; plusul lumii se mișcă între stele; Coordonatele ecuatoriale ale stelelor se schimbă constant.
P mișcare rogradă - revoluții sau rotație îndreptate în sens invers acelor de ceasornic atunci când sunt privite de la polul nord al Soarelui (sau al Pământului). Când vine vorba de sateliți, mișcarea orbitală este considerată progradă dacă coincide cu direcția de rotație a planetei. Majoritatea mișcărilor din sistemul solar sunt prograde.
R Mișcare retrogradă - inversare sau rotație direcționată în sensul acelor de ceasornic atunci când este privită de la polul nord al Soarelui (sau al Pământului). Este opusul mișcării prograd. Dacă vorbim de sateliți, dacă este opus sensului de rotație al planetei.
CU solar sistem - Soareși corpuri asociate gravitațional cu acesta (adică planete, sateliții lor, asteroizi, obiecte din centura Kuiper, comete etc.).
eu a desena - regiunea interioară densă a unui corp planetar, care diferă ca compoziție de restul planetei. Ya se află sub manta. I. planetele terestre sunt bogate în fier. Sateliții mari de gheață și planetele gigantice au nuclee stâncoase, în interiorul cărora pot exista și nuclee feruginoase.
Dragi Clienti!
Câmpul magnetic al Pământului este cunoscut de mult și toată lumea știe despre el. Dar există câmpuri magnetice pe alte planete? Să încercăm să ne dăm seama...
Câmpul magnetic al Pământului sau câmp geomagnetic - un câmp magnetic , generate de surse intraterestre. Subiect de studiu geomagnetism . A apărut acum 4,2 miliarde de ani. La o distanță mică de suprafața Pământului, aproximativ trei din razele sale, liniile de câmp magnetic au asemănător dipolului Locație. Această zonă se numește plasmasfera Pământ.
Pe măsură ce vă îndepărtați de suprafața Pământului, impactul crește vântul solar : din lateral Soare câmpul geomagnetic este comprimat, iar pe partea opusă, noaptea, se extinde într-o „coadă” lungă.
O influență notabilă asupra câmpului magnetic de pe suprafața Pământului este exercitată de curenții în ionosferă . Aceasta este regiunea superioară a atmosferei, extinzându-se de la altitudini de aproximativ 100 km și mai sus. Conține un numar mare de ionii . Plasma este deținută de câmpul magnetic al Pământului, dar starea acesteia este determinată de interacțiunea câmpului magnetic al Pământului cu vântul solar, ceea ce explică legătura furtuni magnetice pe Pământ cu erupții solare.
Câmpul magnetic al Pământului este generat de curenții din miezul de metal lichid. T. Cowling a arătat încă din 1934 că mecanismul de generare a câmpului (geodinam) nu asigură stabilitate (teorema „anti-dinam”). Problema originii și conservării câmpului nu a fost rezolvată până în prezent.
Un mecanism similar de generare a câmpului poate avea loc pe alte planete.
Are Marte un câmp magnetic?
Nu există câmp magnetic planetar pe planeta Marte. Planeta are poli magnetici care sunt rămășițe ale unui câmp planetar antic. Deoarece Marte nu are practic niciun câmp magnetic, este bombardat în mod constant de radiația solară, precum și de vântul solar, făcându-l lumea sterilă pe care o vedem astăzi.
Majoritatea planetelor creează un câmp magnetic folosind un efect de dinam. Metalele din miezul planetei sunt topite și se mișcă constant. Metalele în mișcare creează un curent electric, care în cele din urmă se manifestă ca un câmp magnetic.
Informații generale
Marte are un câmp magnetic care este rămășițele câmpurilor magnetice antice. Este similar cu câmpurile găsite pe fundul oceanelor Pământului. Oamenii de știință cred că prezența lor este un posibil semn că Marte avea plăci tectonice. Dar alte dovezi sugerează că aceste mișcări ale plăcilor s-au oprit acum aproximativ 4 miliarde de ani.
Benzile de câmp sunt destul de puternice, aproape la fel de puternice ca cele ale Pământului și se pot extinde pe sute de kilometri în atmosferă. Ei interacționează cu vântul solar și creează aurore în același mod ca pe Pământ. Oamenii de știință au observat peste 13.000 dintre aceste aurore.
Absența unui câmp planetar înseamnă că suprafața acestuia primește de 2,5 ori mai multă radiație decât Pământul. Dacă oamenii vor explora planeta, trebuie să existe o modalitate de a proteja oamenii de expunerea dăunătoare.
Una dintre consecințele absenței unui câmp magnetic pe planeta Marte este imposibilitatea prezenței apei lichide la suprafață. Roverele de pe Marte au descoperit cantități mari de gheață de apă sub suprafață, iar oamenii de știință cred că ar putea exista apa in stare lichida. Lipsa apei se adaugă la obstacolele pe care inginerii trebuie să le depășească pentru a studia și, în cele din urmă, a coloniza Planeta Roșie.
Câmpul magnetic al lui Mercur
Mercur, ca și planeta noastră, are un câmp magnetic. Până la zborul navei spațiale Mariner 10 în 1974, niciun om de știință nu știa despre prezența acesteia.
Câmpul magnetic al lui Mercur
Este aproximativ 1,1% din cea a Pământului. Mulți astronomi de la acea vreme au presupus că acest câmp era un câmp relict, adică rămas din istoria timpurie. Informațiile de la sonda spațială MESSENGER au infirmat complet această presupunere, iar astronomii știu acum că un efect de dinam în miezul lui Mercur este responsabil pentru apariție.
Se formează prin efectul dinam al fierului topit care se deplasează în miez.Câmpul magnetic este dipol, la fel ca pe Pământ. Aceasta înseamnă că are poli nord și sud magnetic. MESSENGER nu a găsit dovezi ale existenței unor anomalii sub formă de pete, ceea ce indică faptul că este creat în miezul planetei. Oamenii de știință credeau până de curând că nucleul lui Mercur s-a răcit până la punctul în care nu se mai putea roti.
Acest lucru a fost indicat de crăpăturile pe întreaga suprafață, care au fost cauzate de răcirea nucleului planetei și de efectul său ulterior asupra scoarței. Câmpul este suficient de puternic pentru a devia vântul solar, creând o magnetosferă.
Magnetosfera
Captează plasmă din vântul solar, ceea ce contribuie la deteriorarea suprafeței planetei. Mariner 10 a detectat energie plasmatică scăzută și explozii de particule energetice în coadă, indicând efecte dinamice.
MESSENGER a descoperit multe detalii noi, cum ar fi scurgeri misterioase de câmp magnetic și tornade magnetice. Aceste tornade sunt mănunchiuri răsucite care provin din câmpul planetar și se conectează în spațiul interplanetar. Unele dintre aceste tornade pot varia în dimensiune de la 800 km în lățime până la o treime din raza planetei. Câmpul magnetic este asimetric. Sonda spațială MESSENGER a descoperit că centrul câmpului este deplasat la aproape 500 km nord de axa de rotație a lui Mercur.
Din cauza acestei asimetrii, polul sudic al lui Mercur este mai puțin protejat și supus mult mai multor radiații de la particulele solare agresive decât polul nord.
Câmp magnetic al „stelei dimineții”
Venus are un câmp magnetic despre care se știe că este incredibil de slab. Oamenii de știință încă nu sunt siguri de ce este așa. Planeta este cunoscută în astronomie ca geamăna Pământului.
Are aceeași dimensiune și aproximativ aceeași distanță de Soare. Este, de asemenea, singura altă planetă din sistemul solar interior care are o atmosferă semnificativă. Cu toate acestea, absența unei magnetosfere puternice indică diferențe semnificative între Pământ și Venus.
Structura generală a planetei
Venus, ca toate celelalte planete interioare ale sistemului solar, este stâncoasă.
Oamenii de știință nu știu prea multe despre formarea acestor planete, dar pe baza datelor obținute de la sondele spațiale, au făcut câteva presupuneri. Știm că au existat ciocniri de planetasimale bogate în fier și silicați în sistemul solar. Aceste ciocniri au creat planete tinere, cu nuclee lichide și cruste tinere fragile formate din silicați. Cu toate acestea, marele mister constă în dezvoltarea miezului de fier.
Știm că unul dintre motivele formării câmpului magnetic puternic al Pământului este că miezul de fier funcționează ca o mașină dinam.
De ce nu are Venus un câmp magnetic?
Acest câmp magnetic protejează planeta noastră de radiațiile solare puternice. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă pe Venus și există mai multe ipoteze pentru a explica acest lucru. În primul rând, miezul său s-a întărit complet. Miezul Pământului este încă parțial topit și acest lucru îi permite să producă un câmp magnetic. O altă teorie este că acest lucru se datorează faptului că planeta nu are plăci tectonice precum Pământul.
Când navele spațiale l-au examinat, au descoperit că câmpul magnetic al lui Venus există și este de câteva ori mai slab decât cel al Pământului, totuși, deviază radiația solară.
Oamenii de știință cred acum că câmpul este de fapt rezultatul interacțiunii ionosferei lui Venus cu vântul solar. Aceasta înseamnă că planeta are un câmp magnetic indus. Cu toate acestea, aceasta este o chestiune de confirmat pentru misiunile viitoare.
Venus este foarte asemănătoare cu Pământul în unele caracteristici. Cu toate acestea, aceste două planete au și diferențe semnificative din cauza particularităților formării și evoluției fiecăreia dintre ele, iar oamenii de știință identifică din ce în ce mai multe astfel de caracteristici. Ne vom uita aici mai detaliat la unul dintre trăsături distinctive- natura specială a câmpului magnetic al lui Venus, dar mai întâi să ne întoarcem la caracteristici generale planetă și unele ipoteze care afectează problemele evoluției sale.
Venus în Sistemul Solar
Venus este a doua planetă cea mai apropiată de Soare, vecină cu Mercur și Pământ. Față de steaua noastră, se mișcă pe o orbită aproape circulară (excentricitatea orbitei Venusiene este mai mică decât cea a Pământului) la o distanță medie de 108,2 milioane km. Trebuie remarcat faptul că excentricitatea este o mărime variabilă, iar în trecutul îndepărtat ar fi putut fi diferită datorită interacțiunilor gravitaționale ale planetei cu alte corpuri ale Sistemului Solar.
Nu există naturale. Există ipoteze conform cărora planeta a avut cândva un satelit mare, care a fost ulterior distrus de forțele mareelor sau pierdut.
Unii oameni de știință cred că Venus a experimentat o coliziune tangențială cu Mercur, în urma căreia acesta din urmă a fost aruncat pe o orbită inferioară. Venus și-a schimbat natura rotației. Se știe că planeta se rotește extrem de lent (la fel ca și Mercur, de altfel) - cu o perioadă de aproximativ 243 de zile pământești. În plus, direcția de rotație este opusă celei altor planete. Putem spune că se rotește, parcă întors cu susul în jos.
Principalele caracteristici fizice ale lui Venus
Alături de Marte, Pământ și Mercur, Venus este un corp stâncos relativ mic, cu o compoziție predominant de silicați. Este similar cu Pământul în ceea ce privește 94,9% din Pământul) și masa (81,5% din Pământul). Viteza de evacuare pe suprafața planetei este de 10,36 km/s (pe Pământ - aproximativ 11,19 km/s).
Dintre toate planetele terestre, Venus are cea mai densă atmosferă. Presiunea la suprafață depășește 90 de atmosfere, temperatura medie este de aproximativ 470 °C.
La întrebarea dacă Venus are un câmp magnetic, există următorul răspuns: planeta nu are practic niciun câmp propriu, dar datorită interacțiunii vântului solar cu atmosfera, apare un câmp indus „fals”.
Un pic despre geologia lui Venus
Marea majoritate a suprafeței planetei este formată din produse ale vulcanismului bazaltic și este o colecție de câmpuri de lavă, stratovulcani, vulcani scut și alte structuri vulcanice. Au fost descoperite puține cratere de impact și, pe baza numărului lor, s-a ajuns la concluzia că acestea nu pot fi mai vechi de jumătate de miliard de ani. Semnele tectonicei plăcilor nu sunt vizibile pe planetă.
Pe Pământ, tectonica plăcilor, împreună cu procesele de convecție a mantalei, servește drept mecanism principal pentru transferul de căldură, dar aceasta necesită o cantitate suficientă de apă. Probabil, pe Venus, din cauza lipsei de apă, tectonica plăcilor fie s-a oprit într-un stadiu incipient, fie nu a avut loc deloc. Așadar, planeta ar putea scăpa de excesul de căldură internă doar printr-o aprovizionare globală de materie supraîncălzită a mantalei la suprafață, posibil cu distrugerea completă a scoarței.
Un astfel de eveniment ar fi putut avea loc acum aproximativ 500 de milioane de ani. Este posibil ca în istoria lui Venus să nu fi fost singurul.
Miezul și câmpul magnetic al lui Venus
Pe Pământ, globalul este generat datorită efectului dinam creat de structura specială a nucleului. Stratul exterior al miezului este topit și se caracterizează prin prezența curenților convectivi, care, împreună cu rotația rapidă a Pământului, creează un câmp magnetic destul de puternic. În plus, convecția promovează transferul activ de căldură din miezul solid intern, care conține multe elemente grele, inclusiv elemente radioactive, principala sursă de încălzire.
Aparent, pe vecinul planetei noastre, întreg acest mecanism nu funcționează din cauza lipsei de convecție în miezul exterior lichid - motiv pentru care Venus nu are un câmp magnetic.
De ce sunt Venus și Pământul atât de diferite?
Motivele diferențelor structurale serioase dintre două planete cu caracteristici fizice similare nu sunt încă pe deplin clare. Conform unuia dintre modelele recent construite, structura internă a planetelor stâncoase se formează strat cu strat pe măsură ce masa crește, iar stratificarea rigidă a miezului împiedică convecția. Pe Pământ, nucleul multistrat a fost probabil distrus în zorii istoriei sale, ca urmare a unei coliziuni cu un obiect destul de mare - Theia. În plus, rezultatul acestei coliziuni este considerat a fi crearea Lunii. Influența mareelor a unui satelit mare asupra mantalei și miezului Pământului poate juca, de asemenea, un rol semnificativ în procesele convective.
O altă ipoteză sugerează că Venus a avut inițial un câmp magnetic, dar planeta l-a pierdut din cauza unei catastrofe tectonice sau a unei serii de catastrofe, discutate mai sus. În plus, mulți cercetători dau vina pe absența unui câmp magnetic pe rotația prea lentă a lui Venus și pe precesia scăzută a axei de rotație.
Caracteristici ale atmosferei venusiane
Venus are o atmosferă extrem de densă, constând în principal din dioxid de carbon cu un mic amestec de azot, dioxid de sulf, argon și alte gaze. O astfel de atmosferă servește drept sursă a unui efect de seră ireversibil, împiedicând în orice măsură răcirea suprafeței planetei. Poate că regimul tectonic „catastrofal” descris mai sus al interiorului său este, de asemenea, responsabil pentru starea atmosferei „stelei dimineții”.
Cea mai mare parteÎnvelișul gazos al lui Venus este conținut în stratul inferior - troposferă, extinzându-se la altitudini de aproximativ 50 km. Deasupra este tropopauza, iar deasupra ei este mezosfera. Limita superioară a norilor, formată din dioxid de sulf și picături de acid sulfuric, se află la o altitudine de 60-70 km.
În straturile superioare ale atmosferei, gazul este puternic ionizat de radiația ultravioletă solară. Acest strat de plasmă rarefiată se numește ionosferă. Pe Venus este situat la altitudini de 120-250 km.
magnetosferă indusă
Interacțiunea particulelor încărcate de la vântul solar și plasma din atmosfera superioară determină dacă Venus are un câmp magnetic. Liniile de câmp magnetic purtate de vântul solar se îndoaie în jurul ionosferei Venusiene și formează o structură numită magnetosferă indusă.
Această structură are următoarele elemente:
- O undă de șoc de arc situată la o înălțime de aproximativ o treime din raza planetei. La vârful activității solare, zona în care vântul solar se întâlnește cu stratul ionizat al atmosferei se apropie semnificativ de suprafața lui Venus.
- Strat magnetic.
- Magnetopauza este granița reală a magnetosferei, situată la o altitudine de aproximativ 300 km.
- Coada magnetosferei, unde liniile de câmp magnetic întinse ale vântului solar sunt îndreptate. Lungimea cozii magnetosferice a lui Venus variază de la una la câteva zeci de raze ale planetei.
Coada este caracterizată de activitate specială - procese de reconectare magnetică care duc la accelerarea particulelor încărcate. În regiunile polare, ca urmare a reconectarii, se pot forma corzi magnetice similare cu cele de pe Pământ. Pe planeta noastră, reconectarea liniilor magnetice de forță stă la baza fenomenului aurorelor.
Adică, Venus are un câmp magnetic format nu prin procese interne din intestinele planetei, ci prin influența Soarelui asupra atmosferei. Acest câmp este foarte slab - intensitatea lui este în medie de o mie de ori mai slabă decât cea a câmpului geomagnetic al Pământului, dar joacă un anumit rol în procesele care au loc în atmosfera superioară.
Magnetosfera și stabilitatea învelișului de gaz al planetei
Magnetosfera protejează suprafața planetei de efectele particulelor încărcate energetic de la vântul solar. Se crede că prezența unei magnetosfere suficient de puternice a făcut posibilă apariția și dezvoltarea vieții pe Pământ. În plus, bariera magnetică împiedică într-o oarecare măsură atmosfera să fie „suflată” de vântul solar.
Radiația ultravioletă ionizantă, care nu este blocată de câmpul magnetic, pătrunde și în atmosferă. Pe de o parte, datorită acestui fapt, ia naștere ionosfera și se formează un ecran magnetic. Dar atomii ionizați pot părăsi atmosfera, intrând în coada magnetică și accelerând acolo. Acest fenomen se numește fuga ionică. Dacă viteza dobândită de ioni depășește viteza de evacuare, planeta își pierde intens învelișul de gaz. Acest fenomen este observat pe Marte, care se caracterizează printr-o gravitație slabă și, în consecință, o viteză de evacuare scăzută.
Venus, cu gravitația sa mai puternică, este mai eficientă la captarea ionilor în atmosfera sa, deoarece aceștia trebuie să câștige o viteză mai mare pentru a părăsi planeta. Câmpul magnetic indus al planetei Venus nu este suficient de puternic pentru a accelera semnificativ ionii. Prin urmare, pierderea atmosferei aici nu este nici pe departe la fel de semnificativă ca pe Marte, în ciuda faptului că intensitatea radiațiilor ultraviolete este mult mai mare datorită apropierii sale de Soare.
Astfel, câmpul magnetic indus al lui Venus este un exemplu de interacțiune complexă a atmosferei superioare cu tipuri variate radiatie solara. Împreună cu câmpul gravitațional, este un factor de stabilitate a învelișului gazos al planetei.
Se știe din cele mai vechi timpuri că un ac magnetic, care se rotește liber în jurul unei axe verticale, este întotdeauna instalat într-un anumit loc de pe Pământ într-o anumită direcție (dacă nu există magneți, conductori purtători de curent sau obiecte de fier în apropierea lui). ). Acest fapt se explică prin faptul că există un câmp magnetic în jurul pământului iar acul magnetic este instalat de-a lungul liniilor sale magnetice. Aceasta este baza pentru utilizarea unei busole (Fig. 115), care este un ac magnetic care se rotește liber pe o axă.
Orez. 115. Busolă
Observațiile arată că atunci când se apropie de Polul Geografic Nord al Pământului, liniile magnetice ale câmpului magnetic al Pământului sunt înclinate față de orizont la un unghi din ce în ce mai mare și în jurul 75° latitudine nordică și 99° longitudine vestică devin verticale, intrând pe Pământ ( Fig. 116). Momentan situat aici Polul Sud magnetic al Pământului, se află la aproximativ 2100 km distanță de Polul Nord geografic.
Orez. 116. Liniile magnetice ale câmpului magnetic al Pământului
Polul nord magnetic al Pământului se află în apropierea Polului Geografic Sud, și anume la 66,5° latitudine sudică și 140° longitudine estică. Aici ies liniile magnetice ale câmpului magnetic al Pământului din Pământ.
Prin urmare, Polii magnetici ai Pământului nu coincid cu polii săi geografici. În acest sens, direcția acului magnetic nu coincide cu direcția meridianului geografic. Prin urmare, acul busolei magnetice arată doar aproximativ direcția spre nord.
Uneori așa-numitul furtuni magnetice, modificări pe termen scurt ale câmpului magnetic al Pământului care afectează foarte mult acul busolei. Observațiile arată că apariția furtunilor magnetice este asociată cu activitatea solară.
a - pe Soare; b - pe Pământ
În perioada de creștere a activității solare, fluxuri de particule încărcate, electroni și protoni sunt emise de la suprafața Soarelui în spațiu. Câmpul magnetic generat de particulele încărcate în mișcare modifică câmpul magnetic al Pământului și provoacă o furtună magnetică. Furtunile magnetice sunt un fenomen pe termen scurt.
Pe glob Există zone în care direcția acului magnetic este deviată constant de la direcția liniei magnetice a Pământului. Astfel de zone se numesc zone anomalie magnetică(în traducere din latină „abatere, anormalitate”).
Una dintre cele mai mari anomalii magnetice este anomalia magnetică Kursk. Motivul pentru astfel de anomalii este depozitele uriașe de minereu de fier la o adâncime relativ mică.
Magnetismul terestru nu a fost încă pe deplin explicat. S-a stabilit doar că un rol important în modificarea câmpului magnetic al Pământului îl au diferiți curenți electrici care circulă atât în atmosferă (în special în straturile sale superioare), cât și în scoarța terestră.
Se acordă multă atenție studiului câmpului magnetic al Pământului în timpul zborurilor sateliților artificiali și nave spațiale.
S-a stabilit că câmpul magnetic al pământului protejează în mod fiabil suprafața pământului de radiațiile cosmice, al căror efect asupra organismelor vii este distructiv. Pe lângă electroni și protoni, radiația cosmică include și alte particule care se mișcă în spațiu cu viteze enorme.
Zboruri interplanetare stații spațiale iar navele spațiale către Lună și în jurul Lunii au făcut posibilă stabilirea absenței unui câmp magnetic. Magnetizarea puternică a rocilor din sol lunar livrate pe Pământ le permite oamenilor de știință să concluzioneze că în urmă cu miliarde de ani, Luna ar fi putut avea un câmp magnetic.
Întrebări
- Cum putem explica faptul că acul magnetic este plasat într-un anumit loc de pe Pământ într-o anumită direcție?
- Unde sunt polii magnetici ai Pământului?
- Cum să arăți că polul sud magnetic al Pământului este în nord și polul nord magnetic este în sud?
- Ce explică apariția furtunilor magnetice?
- Care sunt zonele de anomalie magnetică?
- Unde este zona în care există o anomalie magnetică mare?
Exercițiul 43
- De ce șinele de oțel care stau mult timp în depozite devin magnetizate după ceva timp?
- De ce este interzisă folosirea materialelor care sunt magnetizate pe navele destinate expedițiilor pentru studiul magnetismului terestru?
Exercițiu
- Pregătiți un raport pe tema „Busola, istoria descoperirii sale”.
- Puneți o bandă magnetică în interiorul globului. Folosind modelul rezultat, familiarizați-vă cu proprietățile magnetice ale câmpului magnetic al Pământului.
- Folosind internetul, pregătiți o prezentare pe tema „Istoria descoperirii anomaliei magnetice Kursk”.
Asta este interesant...
De ce au nevoie planetele de un câmp magnetic?
Se știe că Pământul are un câmp magnetic puternic. Câmpul magnetic al Pământului învăluie regiunea spațiului apropiat Pământului. Această regiune se numește magnetosferă, deși forma ei nu este o sferă. Magnetosfera este cea mai exterioară și mai extinsă înveliș a Pământului.
Pământul se află în mod constant sub influența vântului solar - un flux de particule foarte mici (protoni, electroni, precum și nuclee și ioni de heliu etc.). În timpul erupțiilor solare, viteza acestor particule crește brusc și se răspândesc prin spațiul cosmic la viteze enorme. Dacă există o erupție pe Soare, înseamnă că în câteva zile ar trebui să ne așteptăm la o perturbare a câmpului magnetic al Pământului. Câmpul magnetic al Pământului servește ca un fel de scut, protejând planeta noastră și toată viața de pe ea de efectele vântului solar și ale razelor cosmice. Magnetosfera este capabilă să schimbe traiectoria acestor particule, îndreptându-le spre polii planetei. În regiunile polare, particulele se adună în straturile superioare ale atmosferei și provoacă luminile nordice și sudice uimitor de frumoase. Tot aici isi au originea furtunile magnetice.
Când particulele de vânt solar invadează magnetosfera, atmosfera se încălzește și ionizarea acesteia crește. straturile superioare, apariția zgomotului electromagnetic. În acest caz, apar interferențe în semnalele radio și supratensiuni, care pot deteriora echipamentele electrice.
Furtunile magnetice afectează și vremea. Ele contribuie la formarea ciclonilor și la creșterea înnorații.
Oamenii de știință din multe țări au demonstrat că perturbațiile magnetice afectează organismele vii, lumea vegetalăși asupra persoanei însuși. Studiile au arătat că la persoanele susceptibile la boli cardiovasculare sunt posibile exacerbări cu modificări ale activității solare. Pot apărea modificări ale tensiunii arteriale, bătăi rapide ale inimii și scăderea tonusului.
Cele mai puternice furtuni magnetice și perturbații magnetosferice apar în perioadele de creștere a activității solare.
Au planetele sistemului solar un câmp magnetic? Prezența sau absența câmpului magnetic al unei planete se explică prin structura lor internă.
Cel mai puternic câmp magnetic al planetelor gigantice Jupiter nu este doar cea mai mare planetă, dar are și cel mai mare câmp magnetic, depășind de 12.000 de ori câmpul magnetic al Pământului. Câmpul magnetic al lui Jupiter, învăluindu-l, se extinde pe o distanță de 15 raze a planetei (raza lui Jupiter este de 69.911 km). Saturn, ca și Jupiter, are o magnetosferă puternică, rezultată din hidrogenul metalic, care se găsește în stare lichidă în adâncurile lui Saturn. Este curios că Saturn este singura planetă a cărei axă de rotație a planetei coincide practic cu axa câmpului magnetic.
Oamenii de știință spun că atât Uranus, cât și Neptun au câmpuri magnetice puternice. Dar iată ce este interesant: axa magnetică a lui Uranus este deviată de la axa de rotație a planetei cu 59°, Neptun - cu 47°. Această orientare a axei magnetice în raport cu axa de rotație conferă magnetosferei lui Neptun o formă destul de originală și particulară. Se schimbă constant pe măsură ce planeta se rotește în jurul axei sale. Dar magnetosfera lui Uranus, pe măsură ce se îndepărtează de planetă, se răsucește într-o spirală lungă. Oamenii de știință cred că câmpul magnetic al planetei are doi poli magnetici nord și doi sud.
Studiile au arătat că câmpul magnetic al lui Mercur este de 100 de ori mai mic decât cel al Pământului, în timp ce al lui Venus este neglijabil. În timp ce studia Marte, sondele spațiale Mars-3 și Mars-5 au descoperit un câmp magnetic care este concentrat în emisfera sudică a planetei. Oamenii de știință cred că această formă a câmpului poate fi cauzată de coliziuni gigantice ale planetei.
La fel ca Pământul, câmpul magnetic al altor planete din sistemul solar reflectă vântul solar, protejându-le de efectele distructive ale radiațiilor radioactive de la Soare.
Scuturi magnetice ale planetelor. Despre diversitatea surselor de magnetosfere din sistemul solar
6 din 8 planete din sistemul solar au propriile lor surse de câmpuri magnetice care pot devia fluxurile de particule încărcate de la vântul solar. Volumul spațiului din jurul planetei în care vântul solar deviază de la traiectoria sa se numește magnetosfera planetei. În ciuda caracterului comun al principiilor fizice ale generării câmpului magnetic, sursele de magnetism, la rândul lor, variază foarte mult între grupuri diferite planetele sistemului nostru stelar.
Studiul diversității câmpurilor magnetice este interesant deoarece prezența unei magnetosfere este probabil o condiție importantă pentru apariția vieții pe o planetă sau satelitul ei natural.
Fier și piatră
Pentru planetele terestre, câmpurile magnetice puternice sunt mai degrabă excepția decât regula. Planeta noastră are cea mai puternică magnetosferă din acest grup. Miezul solid al Pământului este format dintr-un aliaj fier-nichel încălzit de degradarea radioactivă a elementelor grele. Această energie este transferată prin convecție în miezul exterior lichid în mantaua de silicat (). Procesele convective termice din miezul exterior metalic au fost considerate până de curând sursa principală a dinamului geomagnetic. Cu toate acestea, cercetarea anii recenti infirma aceasta ipoteza.
Interacțiunea magnetosferei unei planete (în acest caz, Pământul) cu vântul solar. Fluxurile de vânt solar deformează magnetosferele planetelor, care au aspectul unei „cozi” magnetice foarte alungite, îndreptate în direcția opusă Soarelui. Coada magnetică a lui Jupiter se întinde pe mai mult de 600 de milioane de km.
Se presupune că sursa magnetismului în timpul existenței planetei noastre ar putea fi o combinație complexă de diverse mecanisme de generare a unui câmp magnetic: inițializarea primară a câmpului de la o coliziune străveche cu un planetoid; convecția non-termică a diferitelor faze de fier și nichel în miezul exterior; eliberarea oxidului de magneziu din miezul exterior de răcire; influența mareelor a Lunii și Soarelui etc.
Intestinele „sorii” Pământului - Venus practic nu generează un câmp magnetic. Oamenii de știință încă dezbat motivele lipsei unui efect dinam. Unii dau vina pe rotația zilnică lentă a planetei pentru acest lucru, în timp ce alții susțin că acest lucru ar fi trebuit să fie suficient pentru a genera un câmp magnetic. Cel mai probabil, materia se află în structura internă a planetei, diferită de cea a pământului ().
Merită menționat că Venus are o așa-numită magnetosferă indusă, creată prin interacțiunea vântului solar și a ionosferei planetei.
Marte este cel mai apropiat (dacă nu identic) de Pământ în ceea ce privește durata zilei siderale. Planeta se rotește în jurul axei sale în 24 de ore, la fel ca cei doi „colegi” descriși mai sus, gigantul este format din silicați și un sfert din miezul fier-nichel. Cu toate acestea, Marte este cu un ordin de mărime mai ușor decât Pământul și, conform oamenilor de știință, nucleul său s-a răcit relativ repede, astfel încât planeta nu are un generator dinam.
Structura internă a planetelor din silicat de fier din grupa terestră
Paradoxal, a doua planetă în grup de pământ, care se poate „lăuda” cu propria sa magnetosferă este Mercur - cea mai mică și mai ușoară dintre toate cele patru planete. Apropierea sa de Soare a predeterminat condițiile specifice în care s-a format planeta. Deci, spre deosebire de celelalte planete ale grupului, Mercur are o proporție relativă extrem de mare de fier față de masa întregii planete - în medie 70%. Orbita sa are cea mai puternică excentricitate (raportul dintre punctul cel mai apropiat de Soare și cel mai îndepărtat al orbitei) dintre toate planetele sistemului solar. Acest fapt, precum și apropierea lui Mercur de Soare, sporesc influența mareelor asupra nucleului de fier al planetei.
Diagrama magnetosferei lui Mercur cu un grafic suprapus al inducției magnetice
Date științifice obținute nava spatiala, sugerează că câmpul magnetic este generat de mișcarea metalului din miezul lui Mercur, topit de forțele de maree ale Soarelui. Momentul magnetic al acestui câmp este de 100 de ori mai slab decât cel al Pământului, iar dimensiunile sale sunt comparabile cu dimensiunea Pământului, nu în ultimul rând pentru că influență puternică vântul solar.
Câmpurile magnetice ale Pământului și planetele gigantice. Linia roșie este axa de rotație zilnică a planetelor (2 - înclinarea polilor câmpului magnetic față de această axă). Linia albastră este ecuatorul planetelor (1 - înclinarea ecuatorului față de planul ecliptic). Sunt reprezentate câmpurile magnetice galben(3 - inducția câmpului magnetic, 4 - raza magnetosferelor în razele planetelor corespunzătoare)
Giganți de metal
Planetele gigantice Jupiter și Saturn au nuclee mari de rocă cu o masă de 3-10 Pământuri, înconjurate de învelișuri puternice de gaz, care reprezintă marea majoritate a masei planetelor. Cu toate acestea, aceste planete au magnetosfere extrem de mari și puternice, iar existența lor nu poate fi explicată doar prin efectul dinam din nucleele stâncoase. Și este îndoielnic că, cu o asemenea presiune colosală, fenomene similare cu cele care au loc în miezul Pământului sunt chiar posibile acolo.Cheia soluției constă în învelișul de hidrogen-heliu al planetelor în sine. Modele matematice arată că în adâncurile acestor planete, hidrogenul din stare gazoasă se transformă treptat în starea de lichid superfluid și supraconductor - hidrogenul metalic. Se numește metalic deoarece la astfel de valori de presiune hidrogenul prezintă proprietățile metalelor.
Structura internă a lui Jupiter și Saturn
Jupiter și Saturn, așa cum este tipic pentru planetele gigantice, au reținut în adâncurile lor o cantitate mare de energie termică acumulată în timpul formării planetelor. Convecția hidrogenului metalic transferă această energie în învelișul gazos al planetelor, determinând clima din atmosferele giganților (Jupiter emite de două ori mai multă energie în spațiu decât primește de la Soare). Convecția în hidrogen metalic, combinată cu rotația zilnică rapidă a lui Jupiter și Saturn, formează probabil magnetosferele puternice ale planetelor.
La polii magnetici ai lui Jupiter, precum și la polii similari ai celorlalți giganți și ai Pământului, vântul solar provoacă aurore „polare”. În cazul lui Jupiter, astfel de sateliți mari precum Ganimede și Io au o influență semnificativă asupra câmpului său magnetic (o urmă de fluxuri de particule încărcate „curgând” de la sateliții corespunzători către poli magnetici planete). Studierea câmpului magnetic al lui Jupiter este sarcina principală a stației automate Juno care operează pe orbita sa. Înțelegerea originii și structurii magnetosferelor planetelor gigantice ne poate îmbogăți cunoștințele despre câmpul magnetic al Pământului.
Generatoare de gheață
Giganții de gheață Uranus și Neptun sunt atât de asemănători ca mărime și masă încât pot fi numiți a doua pereche de gemeni din sistemul nostru, după Pământ și Venus. Câmpurile lor magnetice puternice ocupă o poziție intermediară între câmpurile magnetice ale giganților gazosi și Pământ. Totuși, și aici natura „a decis” să fie originală. Presiunea din nucleele rocă-fier ale acestor planete este încă prea mare pentru un efect de dinam precum cel al Pământului, dar nu suficientă pentru a forma un strat de hidrogen metalic. Miezul planetei este înconjurat de un strat gros de gheață format dintr-un amestec de amoniac, metan și apă. Această „gheață” este de fapt un lichid extrem de încălzit care nu fierbe doar din cauza presiunii enorme a atmosferei planetelor.
Structura internă a lui Uranus și Neptun
