Магнитосферы планет солнечной системы. Магнитные поля и магнитное взаимодействие солнца и планет солнечной системы во вселенной

Земной группы есть собственное магнитное поле. Самыми сильными магнитными полями обладают планеты-гиганты и Земля . Часто источником дипольного магнитного поля планеты считают её расплавленное токопроводящее ядро. У Венеры и Земли близки размеры, средняя плотность и даже внутреннее строение, тем не менее, Земля имеет достаточно сильное магнитное поле, а Венера - нет (магнитный момент Венеры не превышает 5-10 % магнитного поля Земли). По одной из современных теорий напряженность дипольного магнитного поля зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но измерения указывают на ещё более низкую напряжённость, чем предсказывает теория. Современные предположения по поводу слабого магнитного поля Венеры состоят в том, что в предположительно железном ядре Венеры отсутствуют конвективные потоки .

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Магнитное поле планет" в других словарях:

Магнитное поле Солнца производит корональные выбросы массы. Фото NOAA Звёздное магнитное поле магнитное поле, создаваемое движением проводящей плазмы внутри звёзд главно … Википедия

Классическая электродинамика … Википедия

Силовое поле, действующее на движущиеся электрич. заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (независимо от состояния их движения). М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В. Значение В определяет силу, действующую в данной точке… … Физическая энциклопедия

Силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (См. Магнитный момент), независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет:… … Большая советская энциклопедия

Карта магнитных полей Луны Магнитное поле Луны за последние 20 лет активно изучалось человеком. Луна лишена дипольного поля. Из за этого межпланетное магнитное поле не замечает … Википедия

Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля… … Википедия

межпланетное магнитное поле - Магнитное поле в межпланетном пространстве вне магнитосфер планет преимущественно солнечного происхождения. [ГОСТ 25645.103 84] [ГОСТ 25645.111 84] Тематики поле магнитное межпланетноеусловия физические косм. пространства Синонимы ММП EN… … Справочник технического переводчика

Возникновение ударных волн при столкновении солнечного ветра с межзвездной средой. Солнечный ветер поток ионизированных частиц (в основном гелиево–водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300–1200 км/с в окружающее… … Википедия

Гидромагнитное (или магнитогидродинамическое, или просто МГД) динамо (динамо эффект) эффект самогенерации магнитного поля при определённом движении проводящей жидкости. Содержание 1 Теория 2 Приложения 2.1 Ге … Википедия

Тела естественного или искусственного происхождения, обращающиеся вокруг планет. Естественные спутники имеют Земля (Луна), Марс (Фобос и Деймос), Юпитер (Амальтея, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме,… … Энциклопедический словарь

Книги

• Заблуждения и ошибки фундаментальных концепций физики , Ю. И. Петров. В настоящей книге выявлены и продемонстрированы скрытые или явные ошибки математических конструкций общей и специальной теории относительности, квантовой механики, а также поверхностных…

Рассматривая магнитное поле планет , прежде всего познакомимся с гипотезами существования магнитных полюсов Земли .

Все сводится к процессам происходящим, в недрах Земли, а именно в слое именуемом слоем Мохоровичича, (подробнее: ). Температура воды на поверхности которого оказалась критической. Это наблюдение и было первым намеком на сущность происходящего в этом в таинственном слое. Чем и объясняется существование магнитных полюсов Земли .

В слоях земной коры

Представим себе капельку воды, выпавшую с очередным дождем на землю и начавшую просачиваться по трещинам в слоях земной коры в ее глубины. Считаем, что нашей капельке очень повезло: ее не подхватил и не понес с собой ни один из водяных потоков, формирующихся в верхних слоях Земли и широко используемых людьми для устройства колодцев, оросительных сооружений и на тому подобные нужды.

Нет, капелька миновала несколько километров земных слоев. На нее уже давно начали давить струйки движущихся в том же направлении таких же капель, ее начали все ощутимее нагревать струи подземного тепла. Уже давно ее температура перевалила за сотню градусов международной шкалы температур.

Перемещение капли воды

Капелька втайне мечтала о том времени, когда на поверхности Земли она имела возможность свободно кипеть при такой температуре, превращаясь в вольный прозрачный пар. Увы, сейчас она кипеть не могла: мешало высокое давление вышележащего столба воды.

Капелька ощущала, что с ней происходит нечто необычайное. Она начала проявлять особый интерес к породам, входившим в состав трещины, по которой спускалась. Она стала вымывать из них отдельные молекулы некоторых веществ, причем часто таких, какие вода, находящаяся в нормальных условиях, не может растворить.

Капелька перестала ощущать себя водой, а стала проявлять свойства сильнейшей кислоты. Похищенные по дороге молекулы вода влекла с собой. Химический анализ показал бы, что она содержит в себе столько минеральных примесей, сколько нет в знаменитых минеральных водах.

Если бы капелька могла вернуться со всем своим содержимым на поверхность Земли, наверное, врачи нашли бы немало болезней, от которых она стала бы первейшим средством лечения. Но Капелька уже ушла далеко под слои земли, где образуются . Ей оставался только один возможный путь - дальше вниз, в недра земли, навстречу все нарастающему жару.

И вот наконец критическая температура - 374 градуса по международной шкале. Капелька почувствовала себя не совсем устойчиво. Ей не понадобилось дополнительной скрытой теплоты парообразования, она превратилась в пар, располагая только имевшейся в ней теплотой. При этом не изменился ее объем.

Но став капелькой пара, она стала искать направления, в котором могла бы расшириться. Вроде бы минимальное сопротивление было сверху. И частицы пара, совсем недавно бывшие капелькой воды, начали протискиваться вверх. При этом они отложили большую часть веществ, растворенных в капельке, на месте ее критического превращения.

Пар, образовавшийся из нашей капельки, некоторое время сравнительно благополучно прорывался вверх. Понижалась температура окружающих пород, и вдруг произошло обратное превращение пара в капельку воды. И она резко изменила направление движения, стала стекать вниз.

И снова начали подниматься температуры окружающих пород. А через некоторое время температура опять достигает критической величины, и снова легкое облачко пара устремляется вверх.

Если бы капелька могла думать и делать выводы, она бы, наверное, подумала, что попала в чудовищную ловушку и осуждена теперь на вечное блуждание и вечные превращения двух агрегатных состояний между двумя изотермами.

Между тем это вертикальное движение воды и пара, осуществляет именно ту работу, которая необходима для образования поверхности Мохоровичича. При превращении воды в пар отлагаются растворенные в ней вещества: они цементируют породы, делают их более плотными и более прочными.

Пары, движущиеся вверх, увлекают с собой некоторые вещества. К этим веществам относятся соединения металлов с хлором и другими галогенами, а также кремнезем, роль которого в образовании гранита является решающей.

Но мысли капельки о вечном плене, в который она будто бы попала, не соответствует истине. Дело в том, что она попала в область земной коры, обладающую повышенной проницаемостью. Снующие вверх и вниз капельки воды и струйки пара вымывали из горных пород целый ряд веществ, создав щели, трещины, поры.

Они, без сомнения, соединяются между собой и в горизонтальном направлении, создавая своеобразный слой, опоясывающий весь земной шар. Открыватель назвал его дренажным. Возможно его назывут слоем Григорьева .

Под влиянием разницы давлений между давлением, подпирающем воды на суше (в среднем материки поднимаются над уровнем океана на 875 метров) и более низким в океанах, происходит медленное перетекание попавших в дренажный слой вод из района материка в район океанов.

Проходя сквозь толщу земных пород к дренажному слою, эти воды охлаждают породы и по дренажному слою выносят в океаны взятое у материковых пород тепло. В океанах нет гранитного слоя потому, что там нет противотока воды и пара в дренажном слое. Там и вода и пар движутся в одном направлении, только вверх.

Дойдя до поверхности дна океана, они свободно изливаются в него, обеспечивая соленость гидросферы, покрывающей почти весь земной шар.

Гидросфера Земли

Гипотезы существования магнитного поля Земли

Гипотеза остается гипотезой до тех пор, пока ее не подтвердят те или иные выводы, сделанные на ее основании. Так оставался гипотезой закон всемирного тяготения Ньютона, (подробнее: ), пока не подтвердило его своевременное возвращение комет, чья траектория была рассчитана по формулам этого закона.

Так оставалась гипотезой знаменитая теория относительности Эйнштейна, пока фотография звезд в момент солнечного затмения не подтвердила смещения солнечного светового луча при его проходе мимо мощного гравитационного тела. Какие же можно сделать выводы из выдвинутой С. М. Григорьевым гипотезы дренажного пояса?

Такие выводы есть! И первый же из них дает великолепную возможность объяснить происхождение магнитного поля Земли и планет. Современная наука не знает ни проверенной теории, ни приемлемой гипотезы, которые объясняли бы вроде бы такое очевидное, всем известное магнитное поле Земли, поворачивающее стрелку компаса всегда одним концом на север.

Я. М. Яновский в своей книге «Земной магнетизм», вышедшей в 1964 году, писал:

Вплоть до последнего десятилетия не было ни одной гипотезы, ни одной теории, которые удовлетворительно объясняли бы постоянный магнетизм земного шара.

Как видите, первый вывод весьма важен. Ознакомимся с его сутью.

Конечно, это не совсем правильное утверждение, что не было гипотез, которыми бы пытались объяснить наличие земного магнетизма. Гипотезы были. Одна из них была связана с несинхронностью вращения частей нашей планеты: а именно, вращение ядра отстает от вращения мантии примерно на один оборот за две тысячи лет.

Другая вводила некие перемещающиеся массы, находящиеся внутри ядра. Обсуждался вопрос и о наличии электрического тока, движущегося в широтном направлении. Но поскольку полагали, что такие токи могут циркулировать лишь на границе между ядром и мантией, туда их и отправляли.

Сравнительно недавно появилась новая гипотеза, объясняющая земной магнетизм вихревыми токами в ядре земного шара. Поскольку проверить, есть ли там эти токи или нет, невозможно, гипотеза эта обречена на бессмысленное существование. У нее просто нет шансов когда-нибудь получить хоть какие-либо подтверждения.

Существование дренажной оболочки сразу же позволяет объяснить, каким образом осуществляется циркуляция поверхностных токов вокруг земного шара в широтном направлении. Жидкость, заполняющая дренажную оболочку под влиянием притяжения Луны дважды в сутки, поднимается почти на метр.

Следом за приливным горбом, под который всасывается дополнительный объем жидкостей и газов, идет впадина, выжимающая в западном направлении все то, что подсасывает прилив. Таким образом возникает как бы создаваемый приливами непрерывный поток дренажной жидкости вокруг земного шара.

Дренажная жидкость насыщена огромным количеством самых разнообразных растворенных в ней веществ. Среди них есть и множество ионов, в том числе и катионов, несущих положительный заряд. Есть там и анионы, несущие отрицательный заряд.

Можно сказать убежденно, что в настоящее время преобладают катионы, ибо в этом случае вблизи северного географического полюса должен возникнуть южный магнитный полюс. А в настоящее время магнитные полюса Земли расположены именно так.

Да, сейчас они расположены так. Но палеомагнетики твердо установили, что сравнительно часто - в геологическом смысле этого слова - происходят внезапные перемены намагниченности Земли, так что полюса меняются местами.

Ни одна самая смелая гипотеза не может дать объяснение этому факту. А суть дела, видимо, проста: когда в дренажной жидкости начнут преобладать анионы, северный магнитный полюс займет свое более приличествующее ему место - по крайней мере по названию - вблизи северного географического полюса.

Магнитное поле Луны

Если покинуть нашу любимую Землю и совершить небольшое космическое путешествие,то сначала посетим нашу ночную спутницу Луну.

На ее поверхности сейчас нет ни единой капли воды. Но может быть, у нее есть дренажный пояс, в узких щелях и полостях которого заключены, как и на Земле, сильно минерализованные воды?
Магнитное поле Луны определяется величиной ее приливной волны.

На Земле эта волна вызывается притяжением Луны. Но Земля не вызывает на Луне приливной волны, так как Луна повернута к Земле всегда одной стороной. И все-таки на Луне есть приливная волна. Ведь она, пусть очень медленно, но поворачивается относительно Солнца.

Один оборот относительно нашего центрального светила она делает приблизительно за месяц. Да и притяжение Солнца значительно меньше, чем, скажем, даже притяжение Луны на Земле.

Редкие и незначительные приливы могут способствовать появлению лишь очень незначительного магнитного поля. Именно таким полем и обладает Луна.

Наличие дренажного пояса позволяет объяснить многие другие загадки Луны. Так, С. М. Григорьев великолепно объясняет ассиметрию лунного диска, сущность масконов и т. д. Каждое из данных им этих объяснений может быть принято как доказательство существования дренажной оболочки у Луны.

Он предсказал, что радиус обращенного к нам полушария Луны меньше, чем радиус другого полушария, еще до того, как со спутников были произведены соответствующие измерения.

С глубокой древности известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси, всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении (если вблизи неё нет магнитов, проводников с током, железных предметов). Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом и основано применение компаса (рис. 115), который представляет собой свободно вращающуюся на оси магнитную стрелку.

Рис. 115. Компас

Наблюдения показывают, что при приближении к Северному географическому полюсу Земли магнитные линии магнитного поля Земли всё под большим углом наклоняются к горизонту и около 75° северной широты и 99° западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю (рис. 116). Здесь в настоящее время находится Южный магнитный полюс Земли , он удалён от Северного географического полюса примерно на 2100 км.

Рис. 116. Магнитные линии магнитного поля Земли

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5° южной широты и 140° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли выходят из Земли.

Таким образом, магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами . В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.

Иногда внезапно возникают так называемые магнитные бури , кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно влияют на стрелку компаса. Наблюдения показывают, что появление магнитных бурь связано с солнечной активностью.

а - на Солнце; б - на Земле

В период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое движущимися заряженными частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю. Магнитные бури - явление кратковременное.

На земном шаре встречаются области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли. Такие области называют областями магнитной аномалии (в пер. с лат. «отклонение, ненормальность»).

Одна из самых больших магнитных аномалий - Курская магнитная аномалия. Причиной таких аномалий являются огромные залежи железной руды на сравнительно небольшой глубине.

Земной магнетизм ещё окончательно не объяснён. Установлено только, что большую роль в изменении магнитного поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие как в атмосфере (особенно в верхних её слоях), так и в земной коре.

Большое внимание изучению магнитного поля Земли уделяют при полётах искусственных спутников и космических кораблей.

Установлено, что земное магнитное поле надёжно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.

Полёты межпланетных космических станций и космических кораблей на Луну и вокруг Луны позволили установить отсутствие у неё магнитного поля. Сильная намагниченность пород лунного грунта, доставленного на Землю, позволяет учёным сделать вывод, что миллиарды лет назад у Луны могло существовать магнитное поле.

Вопросы

1. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении?
2. Где находятся магнитные полюсы Земли?
3. Как показать, что Южный магнитный полюс Земли находится на севере, а Северный магнитный полюс - на юге?
4. Чем объясняют появление магнитных бурь?
5. Что такое области магнитной аномалии?
6. Где находится область, в которой наблюдается большая магнитная аномалия?

Упражнение 43

1. Почему стальные рельсы, долго лежащие на складах, через некоторое время оказываются намагниченными?
2. Почему на судах, предназначенных для экспедиций по изучению земного магнетизма, запрещается использовать материалы, которые намагничиваются?

Задание

1. Подготовьте доклад на тему «Компас, история его открытия».
2. Поместите внутрь глобуса полосовой магнит. С помощью полученной модели ознакомьтесь с магнитными свойствами магнитного поля Земли.
3. Используя Интернет, подготовьте презентацию по теме «История открытия Курской магнитной аномалии».

Это любопытно...

Зачем нужно магнитное поле планетам

Известно, что Земля обладает мощным магнитным полем. Магнитное поле Земли окутывает область околоземного космического пространства. Эту область называют магнитосферой, хотя по своей форме она сферой не является. Магнитосфера - самая внешняя и протяжённая оболочка Земли.

Земля постоянно находится под воздействием солнечного ветра - потока очень маленьких частиц (протонов, электронов, а также ядер и ионов гелия и др.). При вспышках на Солнце скорость этих частиц резко возрастает, и они с огромными скоростями распространяются в космическом пространстве. Если на Солнце вспышка, значит, через несколько дней следует ожидать возмущения магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли служит своеобразным щитом, оберегая нашу планету и всё живое на ней от воздействия солнечного ветра и космических лучей. Магнитосфера способна изменить траекторию этих частиц, направляя их к полюсам планеты. В районах полюсов частицы собираются в верхних слоях атмосферы и вызывают изумительной красоты северные и южные сияния. Здесь же происходит зарождение магнитных бурь.

При вторжении частиц солнечного ветра в магнитосферу, происходит нагрев атмосферы, усиление ионизации её верхних слоев, возникновение электромагнитных шумов. При этом возникают помехи в радиосигналах, скачки напряжения, которые могут вывести из строя электрооборудование.

Магнитные бури оказывают влияние и на погоду. Они способствуют возникновению циклонов и увеличению облачности.

Учёными многих стран доказано, что магнитные возмущения оказывают воздействие на живые организмы, растительный мир и на самого человека. Исследования показали, что у людей, подверженных сердечнососудистым заболеваниям, с изменением солнечной активности возможны обострения. Могут возникнуть перепады артериального давления, учащённое сердцебиение, пониженный тонус.

Наиболее сильные магнитные бури и магнито-сферные возмущения приходятся на период роста солнечной активности.

А существует ли магнитное поле у планет Солнечной системы? Наличие или отсутствие магнитного поля планет объясняется их внутренним строением.

Самое сильное магнитное поле у планет-гигантов Юпитер является не только самой большой планетой, но и обладает самым большим магнитным полем, превосходящим магнитное поле Земли в 12 000 раз. Магнитное поле Юпитера, окутывая его, распространяется на расстояние 15 радиусов планеты (радиус Юпитера 69 911 км). Сатурн, как и Юпитер, имеет мощную магнитосферу, возникающую из-за металлического водорода, который в жидком состоянии находится в глубине Сатурна. Любопытно, что Сатурн - единственная планета, у которой ось вращения планеты практически совпадает с осью магнитного поля.

Учёные утверждают, что и Уран, и Нептун обладают мощными магнитными полями. Но вот что интересно: магнитная ось Урана отклонена от оси вращения планеты на 59°, Нептуна - на 47°. Такая ориентация магнитной оси относительно оси вращения придаёт магнитосфере Нептуна довольно оригинальную и своеобразную форму. Она постоянно видоизменяется по мере вращения планеты вокруг своей оси. А вот магнитосфера Урана по мере удаления от планеты закручивается в длинную спираль. Учёные полагают, что магнитное поле планеты обладает двумя северными и двумя южными магнитными полюсами.

Исследования показали, что магнитное поле Меркурия в 100 раз меньше земного, а у Венеры оно незначительное. При изучении Марса аппараты «Марс-3» и «Марс-5» обнаружили магнитное поле, которое концентрируется в южном полушарии планеты. Учёные полагают, что такая форма поля может быть вызвана гигантскими столкновениями планеты.

Так же как и у Земли, магнитное поле других планет Солнечной системы отражает солнечный ветер, защищая их от разрушительного воздействия радиоактивного излучения Солнца.

Венера по некоторым характеристикам очень похожа на Землю. Однако две эти планеты имеют и существенные различия, обусловленные особенностями формирования и эволюции каждой из них, и ученые выявляют все больше таких особенностей. Мы рассмотрим здесь подробнее один из отличительных признаков - особый характер магнитного поля Венеры, но сначала обратимся к общей характеристике планеты и некоторым гипотезам, затрагивающим вопросы ее эволюции.

Венера в Солнечной системе

Венера - вторая по близости к Солнцу планета, соседка Меркурия и Земли. Относительно нашего светила она движется по практически круговой орбите (эксцентриситет венерианской орбиты меньше, чем земной) на расстоянии в среднем 108,2 млн км. Следует отметить, что эксцентриситет - величина изменчивая, и в далеком прошлом он мог быть иным вследствие гравитационных взаимодействий планеты с другими телами Солнечной системы.

Естественных не имеет. Существуют гипотезы, согласно которым некогда у планеты был крупный спутник, впоследствии разрушенный действием приливных сил либо утраченный.

Некоторые ученые полагают, что Венера испытала столкновение по касательной с Меркурием, в результате чего последний был отброшен на более низкую орбиту. Венера же изменила характер вращения. Известно, что планета вращается крайне медленно (как, кстати, и Меркурий) - с периодом около 243 земных суток. Кроме того, направление ее вращения противоположно таковому у прочих планет. Можно сказать, что она вращается, как бы перевернувшись вниз головой.

Основные физические черты Венеры

Наряду с Марсом, Землей и Меркурием, Венера то есть является сравнительно небольшим скалистым телом преимущественно силикатного состава. Она сходна с Землей по 94,9% земного) и массе (81,5% земной). Скорость убегания на поверхности планеты составляет 10,36 км/с (на Земле - примерно 11,19 км/с).

Из всех планет земной группы Венера обладает наиболее плотной атмосферой. Давление на поверхности превышает 90 атмосфер, средняя температура около 470 °C.

На вопрос, имеет ли Венера магнитное поле, существует следующий ответ: собственного поля у планеты практически нет, но благодаря взаимодействию солнечного ветра с атмосферой возникает «ложное», наведенное поле.

Немного о геологии Венеры

Подавляющая часть поверхности планеты сформирована продуктами базальтового вулканизма и представляет собой совокупность лавовых полей, стратовулканов, щитовых вулканов и прочих вулканических структур. Ударных кратеров обнаружено мало, и на основании подсчета их количества был сделан вывод о том, что не может быть старше полумиллиарда лет. Признаки тектоники плит на планете не прослеживаются.

На Земле тектоника плит совместно с процессами мантийной конвекции служит главным механизмом теплоотдачи, но для этого требуется достаточное количество воды. Надо думать, на Венере из-за недостатка воды тектоника плит либо прекратилась еще на раннем этапе, либо вообще не состоялась. Так что избавляться от излишков внутреннего тепла планета могла только путем глобального поступления на поверхность перегретого мантийного вещества, возможно, с полным разрушением коры.

Именно такое событие могло иметь место около 500 млн лет назад. Не исключено, что в истории Венеры оно было не единственным.

Ядро и магнитное поле Венеры

На Земле глобальное генерируется благодаря динамо-эффекту, создаваемому особой структурой ядра. Внешний слой ядра расплавлен и характеризуется наличием конвективных токов, которые совместно с быстрым вращением Земли создают достаточно мощное магнитное поле. Кроме того, конвекция способствует активной теплопередаче от внутреннего твердого ядра, содержащего много тяжелых, в том числе радиоактивных элементов, - основного источника разогрева.

Судя по всему, на соседке нашей планеты весь этот механизм не работает из-за отсутствия конвекции в жидком внешнем ядре - вот почему у Венеры нет магнитного поля.

Почему Венера и Земля столь различны?

Причины серьезного структурного различия двух похожих по физическим характеристикам планет пока не вполне ясны. Согласно одной из недавно построенных моделей, внутренняя структура скалистых планет формируется послойно, по мере прироста массы, а жесткая стратификация ядра препятствует конвекции. На Земле же многослойное ядро, предположительно, было разрушено на заре ее истории в результате столкновения с достаточно крупным объектом - Тейей. Кроме того, итогом этой коллизии считается возникновение Луны. Приливное воздействие крупного спутника на земную мантию и ядро также могут играть значительную роль в конвективных процессах.

Другая гипотеза предполагает, что изначально магнитное поле у Венеры было, однако планета утратила его по причине тектонической катастрофы или серии катастроф, речь о которых шла выше. Помимо этого, в отсутствии магнитного поля многие исследователи «винят» слишком медленное вращение Венеры и малую величину прецессии оси вращения.

Особенности венерианской атмосферы

Венера имеет чрезвычайно плотную атмосферу, состоящую главным образом из углекислого газа с малой примесью азота, сернистого ангидрида, аргона и некоторых других газов. Такая атмосфера служит источником необратимого парникового эффекта, не позволяя поверхности планеты сколько-нибудь остыть. Возможно, за состояние атмосферы «утренней звезды» также ответственен вышеописанный «катастрофический» тектонический режим ее недр.

Наибольшая часть газовой оболочки Венеры заключена в нижнем слое - тропосфере, простирающейся до высот около 50 км. Выше лежит тропопауза, а над ней - мезосфера. Верхняя граница облаков, состоящих из диоксида серы и капель серной кислоты, находится на высоте 60-70 км.

В верхних слоях атмосферы газ сильно ионизируется солнечным ультрафиолетом. Этот слой разреженной плазмы называется ионосферой. На Венере он расположен на высотах 120-250 км.

Индуцированная магнитосфера

Именно взаимодействие заряженных частиц солнечного ветра и плазмы верхней атмосферы определяет, есть ли магнитное поле у Венеры. Силовые линии магнитного поля, несомого солнечным ветром, огибают венерианскую ионосферу и образуют структуру, называемую индуцированной (наведенной) магнитосферой.

Эта структура имеет следующие элементы:

• Головная ударная волна, расположенная на высоте приблизительно в треть радиуса планеты. На пике солнечной активности область встречи солнечного ветра с ионизированным слоем атмосферы значительно приближается к поверхности Венеры.
• Магнитослой.
• Магнитопауза - собственно граница магнитосферы, находящаяся на высоте около 300 км.
• Хвост магнитосферы, где растянутые магнитные силовые линии солнечного ветра выпрямляются. Длина магнитосферного хвоста Венеры составляет от одного до нескольких десятков радиусов планеты.

Хвост характеризуется особой активностью - процессами магнитного пересоединения, ведущими к ускорению заряженных частиц. В полярных областях в результате перезамыкания могут формироваться магнитные жгуты, подобные земным. На нашей планете перезамыкание магнитных силовых линий лежит в основе явления полярных сияний.

То есть Венера имеет магнитное поле, формируемое не внутренними процессами в недрах планеты, а влиянием Солнца на атмосферу. Это поле весьма слабое - интенсивность его в среднем в тысячу раз слабее, чем у геомагнитного поля Земли, однако оно играет определенную роль в процессах, протекающих в верхней атмосфере.

Магнитосфера и устойчивость газовой оболочки планеты

Магнитосфера экранирует поверхность планеты от воздействия энергичных заряженных частиц солнечного ветра. Считается, что наличие достаточно мощной магнитосферы сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле. Кроме того, магнитный барьер в некоторой степени препятствует «сдуванию» атмосферы солнечным ветром.

В атмосферу проникает также ионизирующий ультрафиолет, не задерживаемый магнитным полем. С одной стороны, благодаря этому возникает ионосфера и формируется магнитный экран. Но ионизированные атомы могут покидать атмосферу, попадая в магнитный хвост и ускоряясь там. Это явление носит название убегания ионов. Если скорость, приобретаемая ионами, превышает скорость убегания, планета интенсивно теряет газовую оболочку. Такое явление наблюдается на Марсе, характеризующемся слабой гравитацией и, соответственно, малой скоростью убегания.

Венера с ее более мощной гравитацией эффективнее удерживает ионы своей атмосферы, так как им нужно набрать большую скорость, чтобы покинуть планету. Наведенное магнитное поле планеты Венера недостаточно мощно для существенного разгона ионов. Поэтому потеря атмосферы здесь далеко не так значительна, как на Марсе, несмотря на то, что интенсивность ультрафиолетового излучения гораздо выше вследствие близости к Солнцу.

Таким образом, индуцированное магнитное поле Венеры - это один из примеров сложного взаимодействия верхней атмосферы с различными видами солнечного излучения. Совместно с гравитационным полем оно является фактором устойчивости газовой оболочки планеты.

В природе ведущую роль играю четыре силы:

• ядерная сила, удерживающая протоны и нейтроны в ядре атомов
• атомная сила, удерживающая вмести частицы и атомы
• сила тяжести.
• электромагнитная сила, электричество и магнетизм.

Однако, если с первыми тремя все ясно, значение магнетизма часто недооценивают. Просто потому, что мы не ощущаем магнетизм в обычной жизни, не чувствуем магнитные поля, да и самый мощный магнит не оказывает на нас никакого влияния. Иными словами, мы даже не задумываемся о нем.

А ведь на самом деле, магнетизм в нашей жизни играет огромную роль. Скажем, вы знали, что единственное, что мешает людям проходить через стены или проваливаться сквозь пол, это магнитное поле ? Скорее всего не знали. А почему так происходит?

Молекулы и атомы невероятно малы, а расстояние между атомами невероятно широко. Если бы мы уменьшились до размеров атомов, то обнаружили бы, что пространство вокруг нас будто бы состоит из сплошной пустоты.

Расстояние между электронами, которые вращаются вокруг протонов в ядре, также довольно велико. Для примера, представим себе «атомный вентилятор», где электроны – это лопасти, а ядро — центральная часть к которой прикреплены лопасти. Когда наш «вентилятор» не работает, между лопастями можно свободно просунуть что угодно, но стоит его включить, вращающие лопасти словно бы сольются в сплошной круг. Иными словами, пустота вдруг обретает плотность!

Происходит это потому что между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами возникает электромагнитное притяжение, и они начинают вращаться. А когда они вращаются также быстро, как лопасти вентилятора, атомы начинают всё от себя отталкивать. То есть мы видим ту же картину — за счет магнетизма «атомная пустота» вдруг обретает плотность, а масса атомов соединенных вместе, начинают вести себя как твердое тело. Поэтому нам и не удается пройти сквозь стену.

Иными словами плотность материи, её осязаемость, создают не сами атомы из которых эта материя состоит, а магнитное поле.

Можно представить себе силовые линии магнитного поля , как полосы движения на автомагистрали. Хотя они и лежат рядом, но никогда не пересекаются. Между ними как бы лежит дорожная разделительная полоса.

Эта аналогия позволяет объяснить некоторые процессы, происходящие на Солнце. Представьте себе шоссе, в котором есть центральная полоса для движения автомобилей сразу в двух направлениях. Если нет правил, которые регулируют движение по такой полосе, то все захотят поехать по этой полосе «в свою» сторону, начнется хаос и, обязательно случится грандиозная авария.

А теперь представьте, что это шоссе – на Солнце, а длина скопления автомобилей составляет 35 тыс. километров. Колоссальное количество горящего материала после такой «аварии» взлетит вверх и устремится прямо в космос. Это и есть выброс коронарной массы. Обычно выброс имеет гигантский размер, сосредотачивая в себе более 10 млрд. тонн солнечной плазмы. При этом, выброс коронарной массы это не «местное» явление, его размеры таковы, что он представляет серьезную угрозу даже для жителей Земли.

А ведь кроме коронарных выбросов, Солнце постоянно «балует» нас не только вспышками, но и постоянным излучением инфракрасных и рентгеновских лучей, иными словами, довольно странно, почему нашему «источнику жизни» до сих пор не удалось нас убить!

К нашему счастью, Земля весьма неплохо защищена от космических невзгод, причем природа её защиты также основана на принципах магнетизма. Сам земной шар представляет собой громадный магнит, за счет чего Земля окружена мощным магнитным полем , которое, как щитом защищает нас от «шалостей» Солнца.

Магнитосфера – гигантское магнитное поле, создаваемое вращающимся ядром планеты. Оно простирается на 70 тыс. км. вокруг планеты. Также как одно магнитное кольцо силовых линий отталкивает другое (то есть они никогда не пересекаются), так и магнитосфера Земли отталкивает магнитную плазму Солнца .

Обычно, миллиарды тонн раскаленной и заряженной плазмы поражают нашу планету, но, не долетев до нее, улетают прочь. Только крошечная часть магнитной бури просачивается сквозь небольшое открытое пространство полюсов, и мы можем любоваться полярным сиянием. Без магнитосферы Земли опасные радиоактивные частицы давно убили бы все формы жизни на ней. К счастью, к нам проходит только полезные солнечные волны – свет и тепло.

Может возникнуть вопрос: как наша магнитосфера защищает нас от выбросов коронарной массы, но пропускает солнечный свет. Все дело в том, что коронарные выбросы – это заряженные частицы, и магнитное поле «ловит» эти электрические заряды. У света электрического заряда нет, поэтому он проходит сквозь магнитное поле, как ни в чем не бывало.

Но откуда берутся мощные магнитные силы Земли? Ответ может дать один из самых старых и простейших магнитометров – компас. Многие считают, что компас всегда указывает на север, но это утверждение не верно. Компас указывает на источник мощного магнитного поля, и в условиях Земли, таким источником будет ничто иное как северный полюс планеты. Проверьте это и сами — разместите рядом с компасом мощный магнит, и стрелка немедленно повернется с «севера» по направлению к нему.

Впрочем, даже если принять условность, что компас показывает на северный полюс, это утверждение все равно не будет полностью верным. Компас указывает не на географический полюс планеты (тот самый, северный), а на магнитный северный полюс , по сравнению с географическим, несколько смещенный в сторону, и находящийся на самом севере Канады.

Магнитный полюс не является магнитом сам по себе. Магнитное поле создают силы глубоко внутри нашей планеты. Магнитные поля порождаются двигающимися электрическими потоками, а Земля – это «один большой поток». Металлическое ядро планеты также вертится и за счет этого происходит генерация магнитного поля.

Магнитное поле Земли – это не статичная устойчивая вещь. Со временем оно может измениться. Потоки в недрах Земли могут сменить направление, а значит изменится и направление магнитного поля. Северный и Южный полюса могут попросту перевернуться, причем такое на нашей планете уже случалось.

Мы знаем, что ориентация магнитных полюсов Земли меняется каждые 100 тыс. лет. Глубоководная и ледовая геология свидетельствует, что 780 тыс. лет стрелка компаса указывала на юг, а за 50 тыс. лет до этого компас указывал на север. Явление внезапного переворота полюсов называется магнитной инверсией , и когда оно случится в следующий раз, мы пока сказать не в состоянии.

Никто не знает, как магнитная инверсия повлияет на жизнь людей. Компасы будут указывать на юг, миграция птиц будет нарушена, GPS-навигация будет бесполезна. Но могут быть и более тяжелые последствия. Смена геомагнитных полюсов может ослабить или вообще убрать магнитное поле. Проблема в том, что слабое магнитное поле не сможет защитить нас от смертельной радиации Солнца.

Солнечный магнетизм создается движением плазмы по поверхности Солнца. Магнетизм, как мы вспоминали, порождается движущимися потоками электрических зарядов. А Солнце, как и Земля – это один большой нескончаемый поток заряженных частиц. С Земли можно разглядеть один магнитный феномен – пятна на Солнце.

Любое такое пятно, это магнитный вихрь на поверхности Солнца, именно такие мощные магнитные вихри вызывают вспышки на Солнце . Фактически, каждая вспышка — это гигантский термоядерный взрыв, мощностью далеко превосходящий все ядерные арсеналы землян.

Вспышки и вызываемые ими магнитные бури так мощны, что оказывают влияние не только на Землю, но и на соседние планеты. Не даром говорят, что магнитные возмущения на Солнце, создают атмосферу во всей нашей Солнечной системе и называются космической погодой.

Рентгеновское излучение чрезвычайно опасно для электроники и могут причинить миллиардный ущерб спутникам связи и навигации. Поэтому уметь предсказывать «космическую погоду» — вещь жизненно важная для освоения космоса.

В некотором роде, мы уже умеем предсказывать особо сильные бури на Солнце. Гигантские выбросы коронарной массы происходят каждые 11 лет, когда солнечные пятна, вспышки и прочая активность достигает максимума. Однако, точно предсказать нельзя, когда произойдет выброс массы и с какой-либо группы пятен.

Если у Земли есть магнитное поле, то есть ли оно у других планет? С началом космических полетов в 60-е годы мы смогли обнаружить магнитные поля других планет, и это были удивительные открытия. У всех четырех гигантских планет – Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна – есть активные магнитные поля.

Самое мощное магнитное поле в нашей системе – у Юпитера. Оно в 10 раз больше земного и протянулось на 6 млн. км. вокруг планеты. Мы наблюдаем полярные сияние на Юпитере и Сатурне и знаем, что они возникают там точно так же как и на Земле – магнитосфера этих планет отклоняет частички Солнца на полюса и они светятся там так же, как и на Земле.

Но ближе к Солнцу, магнитные поля встречаются реже. На Меркурии очень слабое магнитное поле, всего 1% от земного. У Венеры его вообще нет. Но загадочнее всех – красная планета Марс.

В конце 90-х космический аппарат Mars Global Surveyor вышел на орбиту Марса с магнетометром, и он показал, что на Марсе нет глобального магнитного поля. Зато Surveyor обнаружил, что по всей планете разбросаны маломощные магнитные поля. НАСА полагает, что это полеомагнетизм , то есть остатки магнитного поля, существовавшего миллиарды лет тому назад. Было ли на Марсе магнитное поле, как на Земле? Если было, то что с ним случилось?

К счастью нам не нужно отправляться на красную планету, чтобы выяснить это, потому что кусочек красной планеты уже у нас. У нас есть образцы камней с Марса, это метеориты выбитые с его поверхности после удара астероида или кометы миллионы лет назад. Осмотр одного из таких камней — ALH84001, с помощью квантового микроскопа Массачусетского университета (SQUID microscope ) показал, что камень намагничен, и этому магнетизму 4 млрд. лет. То есть под поверхностью метеорита оказались следы былой магнитосферы Марса.

Это дало нам неожиданные открытие: в начале истории Марс был совершенно иным, чем сейчас. Атмосфера была значительно плотнее, вероятно, по поверхности текла вода, а температура была намного выше. В общем, он был похож на Землю. Что случилось потом мы не знаем, но примерно 4,1 млрд. лет магнитное поле планеты вдруг исчезло. Поразительно, но по времени это совпало с началом превращения Марса из теплой и влажной планеты в нынешнюю сухую и холодную.

Одна из гипотез, почему исчезло магнитное поле Марса предполагает, что у него не было мощной магнитосферы для защиты от космического излучения, и солнечные ветра уносили прочь от Марса его атмосферу. Атмосфера становилась все тоньше и потом совсем исчезла. Марс, фигурально выражаясь, умер.

Может ли такое случиться на Земле? Да. Большей проблемой здесь предстает инверсия магнитного поля Земли, о которой мы говорили выше. Во время геомагнитной инверсии Земля может остаться без защиты магнитосферы не несколько дней или дольше. И это может привести планету к марсианскому сценарию, когда мы вдруг окажемся полностью беззащитны перед космическими бурями.

Магнитные бури уже поражали Землю прежде. В 1989 году солнечная вспышка ударила по Северной Америке и оставила без электричества весь Квебек. Но эта буря была сравнительно слабой по сравнению с событиями разыгравшимися в 1859 году («Событие Кэррингтона» ) – тогда полярное сияние видели даже на юге Кубы, а телеграфные провода и трансформаторы заискрились по всему Американскому континенту.

Что случилось бы, если бы буря 1859 года произошла сейчас? Гамма- и рентгеновские лучи уничтожили бы практически все искусственные спутники, по линиям электропередач прошли бы заряды индуцированного тока, что вывело бы из строя все электроподстанции, а все подключенное к сети электрооборудование мгновенно вышло бы из строя.
Воду пришлось бы по старинке качать не электронасосом, а вручную, пользоваться не электролампочкой, а свечкой. В общем, мы вернулись бы в доэлектрические времена. Но развитый мир настолько привык и приспособился к электросетям, что вряд ли сможет дальше существовать.

Чтобы избежать подобных катастроф, сегодня ученые стараются разработать защиту от подобной бури – придумывают предохранители для трансформаторов на подстанциях, пытаются предсказывать магнитные вспышки. Но как эффективно все это сработает в «час Х», покажет только время.