Geomagnetväli: omadused, struktuur, omadused ja uurimistöö ajalugu

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-02-12 06:19

Geomagnetvälja (GP) tekitavad allikad, mis asuvad Maa sees, samuti magnetosfääris ja ionosfääris. See kaitseb planeeti ja sellel asuvat elu kosmilise kiirguse kahjulike mõjude eest. Tema kohalolekut jälgisid kõik, kes hoidsid kompassi käes ja nägid, kuidas noole üks ots osutab lõunasse ja teine põhja poole. Tänu magnetosfäärile tehti füüsikas suuri avastusi ja siiani on selle olemasolu kasutatud mere-, allvee-, lennunduses ja kosmoseliikluses.

Üldomadused

Meie planeet on tohutu magnet. Selle põhjapoolus asub Maa "ülemises" osas, mitte kaugel geograafilisest poolusest, ja lõunapoolus on vastava geograafilise pooluse lähedal. Nendest punktidest ulatuvad magnetosfääri moodustavad magnetjõujooned paljude tuhandete kilomeetrite kaugusele kosmosesse.

Magnetilised ja geograafilised poolused on üksteisest üsna kaugel. Kui tõmbate magnetpooluste vahele selge joone, võite saada magnettelje, mille kaldenurk pöörlemistelje suhtes on 11,3 °. See väärtus ei ole konstantne ja kõik sellepärast, et magnetpoolused liiguvad planeedi pinna suhtes, muutes oma asukohta igal aastal.

Geomagnetvälja olemus

Magnetkilbi tekitavad elektrivoolud (liikuvad laengud), mis sünnivad välises vedelas tuumas, mis asub Maa sees väga korralikul sügavusel. See on vedel metall ja see liigub. Seda protsessi nimetatakse konvektsiooniks. Tuuma liikuv aine moodustab voolusid ja selle tulemusena magnetvälju.

Magnetikilp kaitseb Maad usaldusväärselt kosmilise kiirguse eest. Selle peamine allikas on päikesetuul – päikesekroonist voolavate ioniseeritud osakeste liikumine. Magnetosfäär pöörab selle pideva voolu kõrvale, suunates selle ümber Maa, nii et kõva kiirgus ei avaldaks kahjulikku mõju kogu sinise planeedi elule.

Kui Maal poleks geomagnetvälja, jätaks päikesetuul selle ilma atmosfäärist. Ühe hüpoteesi kohaselt juhtus just nii Marsil. Päikesetuul pole kaugeltki ainus oht, sest Päike vabastab ka suures koguses ainet ja energiat koronaalsete väljaheidete näol, millega kaasneb tugev radioaktiivsete osakeste voog. Kuid isegi sellistel juhtudel kaitseb Maa magnetväli seda, suunates need voolud eemaleplaneedid.

Magnetikilp vahetab poolused ümber umbes iga 250 000 aasta järel. Põhja magnetpoolus astub põhja asemele ja vastupidi. Teadlastel pole selget seletust, miks see juhtub.

Uuringute ajalugu

Inimesed tutvusid maapealse magnetismi hämmastavate omadustega tsivilisatsiooni koidikul. Juba antiikajal oli inimkonnale teada magnetiline rauamaak, magnetiit. Kes ja millal paljastas, et looduslikud magnetid on planeedi geograafiliste pooluste suhtes ruumis võrdselt orienteeritud, pole teada. Ühe versiooni kohaselt olid hiinlased selle nähtusega tuttavad juba aastal 1100, kuid praktikas hakkasid nad seda kasutama alles kaks sajandit hiljem. Lääne-Euroopas hakati magnetkompassi navigatsioonis kasutama 1187. aastal.

Struktuur ja omadused

Maa magnetvälja võib jagada:

• peamine magnetväli (95%), mille allikad asuvad planeedi välises juhtivas tuumas;
• anomaalne magnetväli (4%), mille tekitavad hea magnetilise vastuvõtlikkusega Maa ülemise kihi kivimid (üks võimsamaid on Kurski magnetanomaalia);
• väline magnetväli (nimetatakse ka muutuvaks, 1%), mis on seotud päikese ja maa vastasmõjuga.

Regulaarsed geomagnetilised variatsioonid

Geomagnetvälja muutusi aja jooksul nii sisemiste kui ka väliste (planeedi pinna suhtes) allikate mõjul nimetatakse magnetiliseks variatsiooniks. Nemad oniseloomustavad HP komponentide kõrvalekalded vaatluskoha keskmisest väärtusest. Magnetilised variatsioonid muutuvad ajas pidev alt ümber ja sageli on sellised muutused perioodilised.

Regulaarsed variatsioonid, mis korduvad iga päev, on muutused magnetväljas, mis on seotud päikese- ja kuu-ööpäevaste muutustega MS intensiivsuses. Variatsioonid saavutavad haripunkti päeval ja Kuu vastasseisus.

Ebakorrapärased geomagnetilised variatsioonid

Need muutused tulenevad päikesetuule mõjust Maa magnetosfäärile, magnetosfääris endas toimuvatest muutustest ja selle vastasmõjust ioniseeritud ülemise atmosfääriga.

• Kahekümneseitsmepäevased variatsioonid eksisteerivad mustrina magnetilise häire taaskasvule iga 27 päeva järel, mis vastab peamise taevakeha pöörlemisperioodile maise vaatleja suhtes. Selle suundumuse põhjuseks on pikaealiste aktiivsete piirkondade olemasolu meie kodutähel, mida täheldati mitme selle pöörde ajal. See väljendub 27-päevase geomagnetiliste häirete ja magnettormide kordumisena.
• Üheteistaastased kõikumised on seotud Päikese laikude moodustumise perioodilisusega. Selgus, et päikesekettale kõige suurema tumedate alade kogunemise aastatel saavutab magnetaktiivsus ka maksimumi, samas jääb geomagnetilise aktiivsuse kasv päikese aktiivsuse kasvust keskmiselt aasta võrra maha.
• Hooajalistel variatsioonidel on kaks kõrgeimat ja kaks madalaimat väärtustpööripäevad ja pööripäevad.
• Sekulaarsed, erinev alt ül altoodust, - välise päritoluga, tekivad aine liikumise ja laineprotsesside tulemusena planeedi vedelas elektrit juhtivas tuumas ning on peamiseks teabeallikaks elektrienergia kohta. alumise vahevöö ja tuuma juhtivus, aine konvektsioonini viivad füüsikalised protsessid, samuti Maa geomagnetvälja tekkemehhanism. Need on kõige aeglasemad variatsioonid – perioodid ulatuvad mitmest aastast kuni aastani.

Magnetvälja mõju elusmaailmale

Hoolimata asjaolust, et magnetkilpi pole näha, tunnetavad planeedi elanikud seda suurepäraselt. Näiteks rändlinnud koostavad oma marsruudi, keskendudes sellele. Teadlased esitavad selle nähtuse kohta mitu hüpoteesi. Üks neist viitab sellele, et linnud tajuvad seda visuaalselt. Rändlindude silmis on olemas spetsiaalsed valgud (krüptokroomid), mis on võimelised geomagnetvälja mõjul oma asukohta muutma. Selle hüpoteesi autorid on kindlad, et krüptokroomid võivad toimida kompassina. Magnetekraani kasutavad GPS-navigaatorina aga mitte ainult linnud, vaid ka merikilpkonnad.

Magnetiekraani mõju inimesele

Geomagnetvälja mõju inimesele erineb põhimõtteliselt kõigist teistest, olgu selleks kiirgus või ohtlik vool, kuna see mõjutab inimkeha täielikult.

Teadlased usuvad, et geomagnetväli toimib ülimadalas sagedusvahemikus, mille tulemusena vastab see põhifüsioloogilised rütmid: hingamis-, südame- ja ajurütmid. Inimene ei pruugi midagi tunda, kuid keha reageerib sellele siiski funktsionaalsete muutustega närvi-, südame-veresoonkonna ja ajutegevuses. Psühhiaatrid on aastaid jälginud seost geomagnetvälja intensiivsuse puhangute ja vaimuhaiguste ägenemise vahel, mis sageli viib enesetapuni.

Geomagnetilise aktiivsuse "indekseerimine"

Magnetosfääri-ionosfääri voolusüsteemi muutustega seotud magnetvälja häireid nimetatakse geomagnetiliseks aktiivsuseks (GA). Selle taseme määramiseks kasutatakse kahte indeksit - A ja K. Viimane näitab GA väärtust. See arvutatakse iga päev kolmetunniste intervallidega, alates kell 00:00 UTC (Universal Time Coordinated) tehtud magnetkilbi mõõtmiste põhjal. Magnethäire kõrgeimaid väärtusi võrreldakse vaikse päeva geomagnetvälja väärtustega teatud teadusasutuse jaoks, kusjuures arvesse võetakse vaadeldud hälvete maksimumväärtusi.

Saadud andmete põhjal arvutatakse K-indeks Kuna tegemist on kvaasilogaritmilise väärtusega (see tähendab, et see suureneb ühe võrra koos häire suurenemisega umbes 2 korda), ei saa see keskmistada, et saada pikaajaline ajalooline pilt planeedi geomagnetväljade seisundist. Selleks on indeks A, mis on päeva keskmine. See määratakse üsna lihts alt - indeksi K iga mõõde teisendatakse ümbersamaväärne indeks. Päeva jooksul saadud K väärtused on keskmistatud, tänu millele on võimalik saada A-indeks, mille väärtus tavapäevadel ei ületa läve 100 ja kõige tõsisemate magnettormide ajal võib see ületada 200.

Kuna geomagnetvälja häired planeedi eri osades avalduvad erinev alt, võivad erinevatest teaduslikest allikatest pärit A-indeksi väärtused oluliselt erineda. Sellise ülestõusmise vältimiseks taandatakse vaatluskeskuste saadud indeksid A keskmiseks ja ilmub globaalne indeks A_p. Sama kehtib ka indeksi K_p kohta, mis on murdosa väärtus vahemikus 0–9. Selle väärtus 0 kuni 1 näitab, et geomagnetväli on normaalne, mis tähendab, et säilivad optimaalsed tingimused lühilaineribades läbimiseks. Loomulikult üsna intensiivse päikesekiirguse voolu all. 2-punktilist geomagnetvälja iseloomustatakse mõõduka magnetilise häirena, mis raskendab detsimeeterlainete läbimist. Väärtused 5 kuni 7 näitavad geomagnetiliste tormide olemasolu, mis tekitavad nimetatud vahemikku tõsiseid häireid ning tugeva tormi korral (8-9 punkti) muudab lühilainete läbimise võimatuks.

Geomagnetvälja aktiivsus punktides

Ar	Kr	Kirjeldus
0	0	Rahulik
2	1
3
4
7	2	Nõrg alt nördinud
15	3
27	4	nördinud
48	5	Magnettorm
80	6
132	7	Suur magnettorm
208	8
400	9

Magnettormide mõju inimeste tervisele

50–70% maailma elanikkonnast on magnettormidest mõjutatud. Samal ajal täheldatakse stressireaktsiooni algust mõnel inimesel 1-2 päeva enne magnetilist häiret, kui täheldatakse päikesepurskeid. Teiste jaoks tipphetkel või mõni aeg pärast liigset geomagnetilist aktiivsust.

Metoodiliselt sõltuvuses ja krooniliste haiguste all kannatavad inimesed peavad geomagnetvälja kohta nädala jooksul teavet jälgima, et välistada füüsiline ja emotsionaalne stress, samuti kõik tegevused ja sündmused, mis võivad kaasa tuua pingestada, kui magnettormid lähenevad.

Magnetvälja puudulikkuse sündroom

Ruumide geomagnetvälja (hüpogeomagnetväli) nõrgenemine tuleneb erinevate hoonete, seinamaterjalide, aga ka magnetiseeritud konstruktsioonide konstruktsioonilistest iseärasustest. Nõrgenenud perearstiga ruumis viibides on häiritud vereringe, kudede ja elundite varustamine hapniku ja toitainetega. Magnetkilbi nõrgenemine mõjutab ka närvi-, kardiovaskulaar-, endokriin-, hingamis-, skeleti- ja lihassüsteeme.

Jaapani arst Nakagawa "helistas"seda nähtust nimetatakse "inimese magnetvälja puudulikkuse sündroomiks". Oma tähtsuselt võib see kontseptsioon konkureerida vitamiinide ja mineraalainete puudusega.

Peamised sümptomid, mis viitavad selle sündroomi esinemisele, on järgmised:

• väsimus;
• jõudluse langus;
• unetus;
• pea- ja liigesevalu;
• hüpo- ja hüpertensioon;
• seedesüsteemi talitlushäired;
• kardiovaskulaarsüsteemi häired.