โพสต์บนสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กโลก

มาทำความเข้าใจกันว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร ท้ายที่สุดแล้ว หลายคนอาศัยอยู่ในสนามแห่งนี้มาทั้งชีวิตและไม่ได้คิดถึงเรื่องนี้เลย ถึงเวลาแก้ไข!

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นเรื่องพิเศษ มันแสดงให้เห็นในการกระทำของประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่และวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กของตัวเอง (แม่เหล็กถาวร)

สำคัญ: สนามแม่เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับประจุคงที่! สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงตามเวลา สนามไฟฟ้าหรือโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอม นั่นคือลวดใดๆ ที่กระแสไหลผ่านก็จะกลายเป็นแม่เหล็กเช่นกัน!

วัตถุที่มีสนามแม่เหล็กเป็นของตัวเอง

แม่เหล็กมีขั้วที่เรียกว่าทิศเหนือและทิศใต้ การกำหนด "ภาคเหนือ" และ "ภาคใต้" ให้ไว้เพื่อความสะดวกเท่านั้น (เป็นไฟฟ้า "บวก" และ "ลบ")

สนามแม่เหล็กแสดงโดย พลัง เส้นแม่เหล็ก . เส้นแรงจะต่อเนื่องและปิด และทิศทางของแรงจะสอดคล้องกับทิศทางของแรงสนามเสมอ ถ้าอยู่รอบๆ แม่เหล็กถาวรเศษโลหะกระจายอนุภาคโลหะจะแสดงภาพที่ชัดเจนของเส้นสนามแม่เหล็กที่โผล่ออกมาจากทิศเหนือและเข้าสู่ขั้วใต้ ลักษณะกราฟิกของสนามแม่เหล็ก - เส้นแรง

ลักษณะของสนามแม่เหล็ก

ลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็กคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็กและ การซึมผ่านของแม่เหล็ก. แต่มาพูดถึงทุกอย่างตามลำดับ

ทันทีที่เราทราบว่าหน่วยการวัดทั้งหมดจะได้รับในระบบ SI.

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บี – เวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะกำลังหลักของสนามแม่เหล็ก เขียนแทนด้วยตัวอักษร บี . หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - เทสลา (Tl).

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กบ่งชี้ว่าสนามมีความแรงเพียงใดโดยการพิจารณาแรงที่มันกระทำต่อประจุ ให้อำนาจเรียกว่า ลอเรนซ์ ฟอร์ซ.

ที่นี่ q - ค่าใช้จ่าย, วี - ความเร็วในสนามแม่เหล็ก บี - การเหนี่ยวนำ F คือแรงลอเรนซ์ที่สนามกระทำต่อประจุ

F- ปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยพื้นที่ของรูปร่างและโคไซน์ระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและค่าปกติกับระนาบของรูปร่างที่ไหลผ่าน ฟลักซ์แม่เหล็กเป็นลักษณะสเกลาร์ของสนามแม่เหล็ก

เราสามารถพูดได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กเป็นตัวกำหนดจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่หนึ่งหน่วย ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็น เวเบอรัค (WB).

การซึมผ่านของแม่เหล็กคือสัมประสิทธิ์ที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง หนึ่งในพารามิเตอร์ที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของแม่เหล็ก

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่มาหลายพันล้านปีแล้ว การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโลกแตกต่างกันไปตามพิกัด ที่เส้นศูนย์สูตร มันคือประมาณ 3.1 คูณ 10 กำลังลบกำลังห้าของเทสลา นอกจากนี้ยังมีความผิดปกติทางแม่เหล็กซึ่งค่าและทิศทางของสนามแตกต่างอย่างมากจากพื้นที่ใกล้เคียง หนึ่งในความผิดปกติทางแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก - Kurskและ ความผิดปกติของแม่เหล็กบราซิล.

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ สันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดของสนามคือแกนโลหะเหลวของโลก แกนกลางกำลังเคลื่อนที่ ซึ่งหมายความว่าโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่หลอมเหลวกำลังเคลื่อนที่ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุคือกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก ปัญหาคือว่าทฤษฎีนี้ จีโอไดนาโม) ไม่ได้อธิบายว่าสนามมีความเสถียรอย่างไร

โลกเป็นไดโพลแม่เหล็กขนาดใหญ่ขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับเสาที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แม้ว่าจะอยู่ใกล้กันก็ตาม นอกจากนี้ ขั้วแม่เหล็กของโลกกำลังเคลื่อนที่ การกระจัดของพวกเขาได้รับการบันทึกตั้งแต่ปี พ.ศ. 2428 ตัวอย่างเช่น ในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา ขั้วแม่เหล็กในซีกโลกใต้ได้เคลื่อนตัวไปเกือบ 900 กิโลเมตร และขณะนี้อยู่ในมหาสมุทรใต้ ขั้วโลกของซีกโลกอาร์กติกกำลังเคลื่อนตัวข้ามมหาสมุทรอาร์กติกไปยังความผิดปกติทางแม่เหล็กของไซบีเรียตะวันออก ความเร็วของการเคลื่อนที่ (ตามข้อมูลในปี 2547) อยู่ที่ประมาณ 60 กิโลเมตรต่อปี ขณะนี้มีการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่ของเสา - โดยเฉลี่ยแล้วความเร็วเพิ่มขึ้น 3 กิโลเมตรต่อปี

ความสำคัญของสนามแม่เหล็กโลกสำหรับเราคืออะไร?ประการแรก สนามแม่เหล็กของโลกปกป้องโลกจากรังสีคอสมิกและลมสุริยะ อนุภาคที่มีประจุจากห้วงอวกาศจะไม่ตกลงสู่พื้นโดยตรง แต่ถูกแม่เหล็กขนาดยักษ์เบี่ยงเบนไปและเคลื่อนที่ไปตามเส้นแรงของมัน ดังนั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงได้รับการปกป้องจากรังสีที่เป็นอันตราย

ในช่วงประวัติศาสตร์ของโลก มีอยู่หลายครั้ง ผกผัน(การเปลี่ยนแปลง) ของขั้วแม่เหล็ก การผกผันของเสาคือเมื่อพวกเขาเปลี่ยนสถานที่ ครั้งสุดท้ายที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 800,000 ปีก่อน และประวัติศาสตร์ของโลกมีการพลิกกลับของ geomagnetic มากกว่า 400 ครั้ง นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าด้วยการเร่งความเร็วที่สังเกตได้ของการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็ก การกลับขั้วครั้งต่อไปควรเป็น คาดในอีกสองสามพันปีข้างหน้า

โชคดีที่ไม่คาดว่าจะมีการพลิกกลับของขั้วในศตวรรษของเรา ดังนั้นคุณสามารถคิดถึงความรื่นรมย์และสนุกกับชีวิตในสนามคงที่เก่าที่ดีของโลกโดยพิจารณาคุณสมบัติหลักและลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็ก และเพื่อให้คุณทำสิ่งนี้ได้ มีผู้เขียนของเราซึ่งได้รับความไว้วางใจให้ดูแลปัญหาด้านการศึกษาด้วยความมั่นใจในความสำเร็จ! และงานประเภทอื่นๆ สามารถสั่งซื้อได้ที่ลิงค์

โลกเป็นแม่เหล็กขนาดยักษ์ที่มีสนามแม่เหล็กก่อตัว ขั้วแม่เหล็กของโลกไม่ตรงกับขั้วทางภูมิศาสตร์ที่แท้จริง - เหนือและใต้ เส้นแรงที่วิ่งจากขั้วแม่เหล็กหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งเรียกว่าเส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก มุมหนึ่งเกิดขึ้นระหว่างเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กและตามภูมิศาสตร์ (ประมาณ 11.5 ° - ประมาณ .. ดังนั้น เข็มทิศแม่เหล็กจะแสดงทิศทางของเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กได้อย่างแม่นยำ และทิศทางไปยังขั้วทางภูมิศาสตร์ทางเหนือนั้นมีค่าประมาณเท่านั้น

เข็มแม่เหล็กที่แขวนอย่างอิสระตั้งอยู่ในแนวนอนบนเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กเท่านั้นซึ่งไม่ตรงกับเส้นทางภูมิศาสตร์ หากคุณเคลื่อนตัวไปทางเหนือของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก ปลายด้านเหนือของลูกศรจะค่อยๆ ลดลง มุมที่เกิดจากเข็มแม่เหล็กและระนาบแนวนอนเรียกว่าความเอียงแม่เหล็ก ที่ขั้วแม่เหล็กเหนือ (77° N และ 102° W) เข็มแม่เหล็กแบบแขวนอิสระจะถูกติดตั้งในแนวตั้งโดยให้ปลายด้านทิศเหนืออยู่ด้านล่าง และที่ขั้วโลกใต้ (65° S และ 139° E - หมายเหตุ .. ดังนั้น เข็มแม่เหล็กแสดงทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กเหนือพื้นผิวโลก

เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ของเราสร้างสนามแม่เหล็กคงที่ เกิดขึ้นจาก ระบบที่ซับซ้อนกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการหมุนของโลกและการเคลื่อนที่ สารเหลวในแกนนอกของมัน ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กและการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กเหนือพื้นผิวโลกจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา สนามแม่เหล็กของโลกแผ่ออกไปสูงประมาณ 100,000 กม. มันเบี่ยงเบนหรือจับอนุภาคลมสุริยะที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ก่อตัวเป็นแถบรังสีของโลก และบริเวณทั้งหมดของพื้นที่ใกล้โลกที่พวกมันตั้งอยู่นั้นเรียกว่าสนามแม่เหล็ก

ดวงอาทิตย์ส่งกระแสพลังงานมหาศาลมายังโลก ซึ่งประกอบด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด และรังสีวิทยุ - ประมาณ) อัลตราไวโอเลตและ เอ็กซ์เรย์; รังสีคอสมิกของดวงอาทิตย์ซึ่งปรากฏเฉพาะในช่วงที่มีเปลวเพลิงรุนแรงมากเท่านั้น และลมสุริยะ - กระแสพลาสมาคงที่ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากโปรตอน (ไอออนไฮโดรเจน)

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของดวงอาทิตย์มายังโลกภายใน 8 นาที และกระแสอนุภาคซึ่งนำส่วนหลักของการรบกวนจากดวงอาทิตย์มาเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 1,000 กม./วินาที และล่าช้าไปสองหรือสามวัน สาเหตุหลักของการรบกวนของลมสุริยะ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกระบวนการบนบก คือการขับสสารออกจากโคโรนาของสุริยะอย่างยิ่งใหญ่ เมื่อเคลื่อนเข้าหาโลก พวกมันจะกลายเป็นเมฆแม่เหล็กและนำไปสู่ความปั่นป่วนที่รุนแรงในบางครั้งบนโลก การรบกวนที่รุนแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งของสนามแม่เหล็กโลก - พายุแม่เหล็ก - ขัดขวางการสื่อสารทางวิทยุและทำให้เกิดแสงออโรร่าที่รุนแรง

Aurora Borealis เหนือโลก (ดูจากอวกาศ)

ความผิดปกติของแม่เหล็ก

ในบางภูมิภาคของโลก มีการสังเกตความเบี่ยงเบนของการปฏิเสธแม่เหล็กและความเอียงแม่เหล็กจากค่าเฉลี่ยสำหรับอาณาเขตที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ในภูมิภาค Kursk ในบริเวณที่มีแร่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กสูงกว่าค่าเฉลี่ยในภูมิภาคนี้ถึง 5 เท่า สนามนี้เรียกว่า - ความผิดปกติของแม่เหล็ก Kursk - หมายเหตุ .. บางครั้งการเบี่ยงเบนดังกล่าวจะสังเกตได้ในพื้นที่กว้างใหญ่ ความผิดปกติทางแม่เหล็กทางแม่เหล็กของไซบีเรียตะวันออกมีลักษณะเฉพาะจากการปฏิเสธแม่เหล็กแบบตะวันตก ไม่ใช่ทางทิศตะวันออก

สนามแม่เหล็กของโลกเป็นรูปแบบที่เกิดจากแหล่งกำเนิดภายในดาวเคราะห์ เป็นวัตถุประสงค์ของการศึกษาส่วนที่เกี่ยวข้องของธรณีฟิสิกส์ ต่อไป เรามาดูกันว่าสนามแม่เหล็กของโลกคืออะไร ก่อตัวอย่างไร

ข้อมูลทั่วไป

เส้นแรงจากสนามแม่เหล็กอยู่ไม่ไกลจากพื้นผิวโลก ซึ่งอยู่ห่างจากรัศมีประมาณ 3 รัศมีของโลก อยู่ในระบบ "ประจุสองขั้ว" นี่คือพื้นที่ที่เรียกว่า "พลาสมาทรงกลม" ด้วยระยะห่างจากพื้นผิวโลก อิทธิพลของการไหลของอนุภาคไอออไนซ์จากโคโรนาสุริยะจึงเพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การกดทับของสนามแม่เหล็กจากด้านข้างของดวงอาทิตย์ และในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กของโลกจะถูกดึงออกมาจากด้านเงาตรงข้าม

พลาสมาทรงกลม

ผลกระทบที่เป็นรูปธรรมต่อสนามแม่เหล็กพื้นผิวโลกเกิดจากการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาคที่มีประจุใน ชั้นบนบรรยากาศ (ไอโอโนสเฟียร์) ตำแหน่งของหลังนั้นอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกหนึ่งร้อยกิโลเมตรขึ้นไป สนามแม่เหล็กของโลกถือพลาสมาสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของมันขึ้นอยู่กับกิจกรรมของลมสุริยะและปฏิกิริยากับชั้นยึด และความถี่ พายุแม่เหล็กบนโลกของเราเกิดจากเปลวสุริยะ

คำศัพท์

มีแนวคิดเรื่อง "แกนแม่เหล็กของโลก" เป็นเส้นตรงที่ลากผ่านขั้วต่างๆ ของโลก "เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก" เป็นวงกลมใหญ่ของระนาบตั้งฉากกับแกนนี้ เวกเตอร์บนนั้นมีทิศทางใกล้กับแนวนอน ความแรงเฉลี่ยของสนามแม่เหล็กโลกขึ้นอยู่กับ ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์. มีค่าประมาณ 0.5 Oe นั่นคือ 40 A / m ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กตัวบ่งชี้เดียวกันจะอยู่ที่ประมาณ 0.34 Oe และใกล้กับขั้วใกล้กับ 0.66 Oe ในความผิดปกติบางอย่างของโลกเช่นภายใน Kursk anomaly ตัวบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นและมีจำนวน 2 Oe เส้นของสนามแม่เหล็กโลกที่มีโครงสร้างซับซ้อน ฉายลงบนพื้นผิวและบรรจบกันที่ขั้วของมันเอง เรียกว่า "เส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก"

ลักษณะของการเกิดขึ้น สมมติฐานและการคาดเดา

ไม่นานมานี้ ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโลกกับการไหลของกระแสในแกนโลหะเหลว ซึ่งอยู่ห่างจากรัศมีหนึ่งในสี่หรือหนึ่งในสามของดาวเคราะห์ของเรา ได้รับสิทธิ์ที่จะดำรงอยู่ได้ นักวิทยาศาสตร์มีข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "กระแสเทลลูริก" ที่ไหลอยู่ใกล้ เปลือกโลก. ควรจะกล่าวว่าเมื่อเวลาผ่านไปมีการเปลี่ยนแปลงของการก่อตัว สนามแม่เหล็กของโลกมีการเปลี่ยนแปลงหลายครั้งในช่วงหนึ่งร้อยแปดสิบปีที่ผ่านมา สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขในเปลือกโลกในมหาสมุทร และนี่คือหลักฐานจากการศึกษาการสะกดจิตที่เหลือ โดยการเปรียบเทียบส่วนต่างๆ ของสันเขาทั้งสองข้างของมหาสมุทร จะกำหนดเวลาของความแตกต่างของส่วนเหล่านี้

การเลื่อนขั้วแม่เหล็กของโลก

ตำแหน่งของส่วนต่างๆ ของโลกเหล่านี้ไม่คงที่ ข้อเท็จจริงของการกระจัดกระจายของพวกเขาได้รับการบันทึกไว้ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้า ในซีกโลกใต้ ขั้วแม่เหล็กได้เคลื่อนตัวไป 900 กม. ในช่วงเวลานี้ และสิ้นสุดในมหาสมุทรอินเดีย กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในภาคเหนือ ตรงนี้ขั้วกำลังเคลื่อนเข้าหาความผิดปกติทางแม่เหล็กที่ ไซบีเรียตะวันออก. ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2516 ถึง พ.ศ. 2537 ระยะทางที่ส่วนเคลื่อนมาที่นี่คือ 270 กม. ข้อมูลที่คำนวณล่วงหน้าเหล่านี้ได้รับการยืนยันในภายหลังโดยการวัด จากข้อมูลล่าสุด ความเร็วของขั้วแม่เหล็กของซีกโลกเหนือเพิ่มขึ้นอย่างมาก เติบโตขึ้นจาก 10 กม./ปีในทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมาเป็น 60 กม./ปีในตอนต้นของศตวรรษนี้ ในขณะเดียวกัน ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกก็ลดลงอย่างไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นในช่วง 22 ปีที่ผ่านมาจึงลดลง 1.7% ในบางสถานที่และบางแห่งลดลง 10% แม้ว่าจะมีพื้นที่เพิ่มขึ้นในทางตรงกันข้าม ความเร่งในการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็ก (ประมาณ 3 กม. ต่อปี) ให้เหตุผลที่สันนิษฐานได้ว่าการเคลื่อนที่ของพวกมันที่สังเกตได้ในวันนี้ไม่ใช่การเบี่ยงเบนความสนใจ นี่คือการผกผันอีกอย่างหนึ่ง

สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยอ้อมจากการเพิ่มขึ้นของสิ่งที่เรียกว่า "ช่องว่างขั้ว" ในทิศใต้และทิศเหนือของสนามแม่เหล็ก วัสดุที่แตกตัวเป็นไอออนของโคโรนาและอวกาศของดวงอาทิตย์จะแทรกซึมเข้าไปในส่วนขยายที่เป็นผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว จากนี้ทุกอย่างจะถูกรวบรวมในบริเวณขั้วโลกของโลก ปริมาณมากพลังงานซึ่งในตัวเองเต็มไปด้วยความร้อนที่เพิ่มขึ้นของหมวกน้ำแข็งขั้วโลก

พิกัด

ในศาสตร์ที่ศึกษา รังสีคอสมิกใช้พิกัดของสนามแม่เหล็กโลกซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ McIlvine เขาเป็นคนแรกที่แนะนำให้ใช้พวกมัน เนื่องจากพวกมันขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมขององค์ประกอบที่มีประจุในสนามแม่เหล็ก สองพิกัด (L, B) ใช้สำหรับจุดหนึ่ง พวกมันแสดงลักษณะของเปลือกแม่เหล็ก (พารามิเตอร์ McIlwain) และการเหนี่ยวนำสนาม L ตัวหลังเป็นพารามิเตอร์ที่เท่ากับอัตราส่วนของระยะทางเฉลี่ยของทรงกลมจากจุดศูนย์กลางของโลกต่อรัศมีของมัน

"ความโน้มเอียงของแม่เหล็ก"

เมื่อหลายพันปีก่อน ชาวจีนได้ค้นพบสิ่งมหัศจรรย์ พวกเขาพบว่าวัตถุแม่เหล็กสามารถวางในทิศทางที่แน่นอนได้ และในช่วงกลางศตวรรษที่สิบหก Georg Cartmann นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได้ค้นพบอีกครั้งในบริเวณนี้ นี่คือลักษณะที่แนวคิดของ "ความโน้มเอียงแม่เหล็ก" ปรากฏขึ้น ชื่อนี้หมายถึงมุมเบี่ยงเบนของลูกศรขึ้นหรือลงจากระนาบแนวนอนภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์

จากประวัติการวิจัย

ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กทางเหนือซึ่งแตกต่างจากเส้นทางภูมิศาสตร์ ปลายด้านเหนือลงไป และทางใต้กลับสูงขึ้น ในปี ค.ศ. 1600 แพทย์ชาวอังกฤษ วิลเลียม กิลเบิร์ต ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลก ทำให้เกิดพฤติกรรมบางอย่างของวัตถุที่มีสนามแม่เหล็กล่วงหน้า ในหนังสือของเขา เขาอธิบายการทดลองด้วยลูกบอลที่มีลูกธนูเหล็ก จากการวิจัย เขาได้ข้อสรุปว่าโลกเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ การทดลองยังดำเนินการโดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Henry Gellibrant จากการสังเกตของเขา เขาได้ข้อสรุปว่าสนามแม่เหล็กของโลกอาจมีการเปลี่ยนแปลงช้า

José de Acosta อธิบายถึงความเป็นไปได้ในการใช้เข็มทิศ เขายังได้สร้างความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กและขั้วโลกเหนือ และใน ประวัติศาสตร์ที่มีชื่อเสียง(1590) ได้พิสูจน์ทฤษฎีเส้นตรงโดยไม่มีการโก่งตัวของแม่เหล็ก คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสยังได้มีส่วนสำคัญในการศึกษาประเด็นนี้ที่กำลังพิจารณาอยู่ เขาเป็นเจ้าของการค้นพบความไม่สอดคล้องของการปฏิเสธแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงพิกัดทางภูมิศาสตร์ ค่าเอียงแม่เหล็กคือมุมเบี่ยงเบนของลูกศรจากทิศทางเหนือ-ใต้ ในการเชื่อมต่อกับการค้นพบโคลัมบัส การวิจัยก็เข้มข้นขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลกเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับนักเดินเรือ M.V. Lomonosov ก็แก้ไขปัญหานี้เช่นกัน สำหรับการศึกษาสนามแม่เหล็กโลก เขาแนะนำให้ทำการสังเกตการณ์อย่างเป็นระบบโดยใช้จุดถาวร (เช่น หอดูดาว) สำหรับสิ่งนี้ Lomonosov กล่าวว่าการดำเนินการนี้มีความสำคัญมากในทะเล หกสิบปีต่อมา แนวคิดของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่นี้ถูกรับรู้ในรัสเซีย การค้นพบขั้วโลกแม่เหล็กในหมู่เกาะแคนาดาเป็นของนักสำรวจขั้วโลกชาวอังกฤษ John Ross (1831) และในปี ค.ศ. 1841 เขายังค้นพบอีกขั้วหนึ่งของโลก แต่อยู่ในทวีปแอนตาร์กติกาแล้ว สมมติฐานเกี่ยวกับที่มาของสนามแม่เหล็กโลกถูกเสนอโดย Carl Gauss ในไม่ช้าเขาก็พิสูจน์ว่า ส่วนใหญ่มันถูกป้อนจากแหล่งภายในดาวเคราะห์ แต่สาเหตุของการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของมันอยู่ในสภาพแวดล้อมภายนอก

ในปี ค.ศ. 1905 Einstein ได้ตั้งชื่อสาเหตุของสนามแม่เหล็กโลกว่าเป็นหนึ่งในห้าความลึกลับหลักของฟิสิกส์ร่วมสมัย

นอกจากนี้ ในปี ค.ศ. 1905 Bernard Brunhes นักธรณีฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้ตรวจวัดสนามแม่เหล็กของแหล่งลาวา Pleistocene ทางตอนใต้ของ Cantal เวกเตอร์การสะกดจิตของหินเหล่านี้เกือบ 180 องศากับเวกเตอร์สนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ (เพื่อนร่วมชาติของเขา P. David ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันแม้ในปีก่อนหน้า) บรุนเฮสสรุปว่าสามในสี่ของล้านปีก่อน ในช่วงที่ลาวาไหลออก ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กโลกอยู่ตรงข้ามกับปัจจุบัน ดังนั้นผลของการผกผัน (การกลับขั้ว) ของสนามแม่เหล็กโลกจึงถูกค้นพบ ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษ 1920 ข้อสรุปของ Brunhes ได้รับการยืนยันโดย P. L. Mercanton และ Monotori Matuyama แต่แนวคิดเหล่านี้ได้รับการยอมรับในช่วงกลางศตวรรษเท่านั้น

ตอนนี้เราทราบแล้วว่าสนามแม่เหล็กโลกมีอยู่อย่างน้อย 3.5 พันล้านปี และในช่วงเวลานี้ขั้วแม่เหล็กมีการแลกเปลี่ยนตำแหน่งกันหลายพันครั้ง (Brunhes และ Matuyama ศึกษาการกลับรายการครั้งล่าสุด ซึ่งตอนนี้มีชื่อของมันอยู่) บางครั้งสนามแม่เหล็กโลกยังคงปฐมนิเทศไว้เป็นเวลาหลายสิบล้านปี และบางครั้งอาจไม่เกินห้าร้อยศตวรรษ กระบวนการผกผันนั้นมักจะใช้เวลาหลายพันปี และเมื่อเสร็จสิ้น ความแรงของสนามตามกฎแล้ว จะไม่กลับไปเป็นค่าก่อนหน้า แต่จะเปลี่ยนแปลงไปหลายเปอร์เซ็นต์

กลไกของการพลิกกลับของ geomagnetic นั้นยังไม่ชัดเจนแม้แต่ในปัจจุบัน และเมื่อหลายร้อยปีก่อนก็ยังไม่อนุญาตให้มีคำอธิบายที่สมเหตุสมผลเลย ดังนั้น การค้นพบของ Brunhes และ David จึงเป็นเพียงแค่การเสริมการประเมินของ Einstein เท่านั้น แท้จริงแล้ว สนามแม่เหล็กจากพื้นดินนั้นลึกลับมากและเข้าใจยาก แต่เมื่อถึงเวลานั้นก็มีการศึกษามานานกว่าสามร้อยปีและในศตวรรษที่ 19 ดาราวิทยาศาสตร์ยุโรปเช่น นักเดินทางที่ดีอเล็กซานเดอร์ ฟอน ฮุมโบลดต์ นักคณิตศาสตร์ที่เก่งกาจ คาร์ล ฟรีดริช เกาส์ และวิลเฮล์ม เวเบอร์ นักฟิสิกส์ทดลองผู้เก่งกาจ ดังนั้นไอน์สไตน์จึงมองไปที่รากจริงๆ

คุณคิดว่าโลกของเรามีขั้วแม่เหล็กกี่ขั้ว? เกือบทุกคนจะบอกว่าทั้งสองอยู่ในอาร์กติกและแอนตาร์กติก อันที่จริง คำตอบนั้นขึ้นอยู่กับคำจำกัดความของแนวคิดของเสา เสาทางภูมิศาสตร์ถือเป็นจุดตัดของแกนโลกกับพื้นผิวของดาวเคราะห์ เนื่องจากโลกหมุนเป็นวัตถุที่แข็งกระด้าง จึงมีเพียงสองจุดดังกล่าวและไม่สามารถประดิษฐ์สิ่งอื่นใดได้อีก แต่ด้วยขั้วแม่เหล็ก สถานการณ์จึงซับซ้อนกว่ามาก ตัวอย่างเช่น เสาถือได้ว่าเป็นพื้นที่ขนาดเล็ก (ควรเป็นจุดอีกครั้ง) โดยที่เส้นแรงแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวโลก อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กใดๆ ไม่เพียงแต่ลงทะเบียนสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสนามของหินในท้องถิ่น กระแสไฟฟ้าของบรรยากาศรอบนอกโลก อนุภาคลมสุริยะ และแหล่งกำเนิดแม่เหล็กอื่นๆ เพิ่มเติม (และส่วนแบ่งเฉลี่ยของพวกมันไม่เล็กนักตามลำดับของ ไม่กี่เปอร์เซ็นต์) ยิ่งอุปกรณ์มีความแม่นยำมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น - ดังนั้นจึงยากขึ้นเรื่อย ๆ ในการแยกสนามแม่เหล็กโลกที่แท้จริง (เรียกว่าสนามแม่เหล็กหลัก) ซึ่งแหล่งกำเนิดอยู่ในส่วนลึกของโลก ดังนั้นพิกัดของขั้วที่กำหนดโดยการวัดโดยตรงจึงไม่เสถียรแม้ในช่วงเวลาสั้นๆ

คุณสามารถทำตัวแตกต่างออกไปและสร้างตำแหน่งของเสาตามแบบจำลองบางอย่างของแม่เหล็กภาคพื้นดิน ในการประมาณค่าแรก โลกของเราถือได้ว่าเป็นไดโพลแม่เหล็กแบบ geocentric ซึ่งแกนจะเคลื่อนผ่านจุดศูนย์กลาง ปัจจุบันมุมระหว่างมันกับแกนโลกอยู่ที่ 10 องศา (เมื่อสองสามทศวรรษที่แล้วมันมากกว่า 11 องศา) ด้วยการสร้างแบบจำลองที่แม่นยำยิ่งขึ้น ปรากฎว่าแกนไดโพลถูกเลื่อนสัมพันธ์กับศูนย์กลางของโลกไปในทิศทางของส่วนตะวันตกเฉียงเหนือ มหาสมุทรแปซิฟิกที่ประมาณ 540 กม. (นี่คือไดโพลประหลาด) มีคำจำกัดความอื่น ๆ เช่นกัน

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด สนามแม่เหล็กภาคพื้นดินไม่มีความสมมาตรของไดโพล ดังนั้นจึงมีหลายขั้วและมีจำนวนมาก หากเราถือว่าโลกเป็นสี่ขั้วแม่เหล็ก เป็นสี่ขั้ว เราจะต้องแนะนำอีกสองขั้ว - ในมาเลเซียและทางใต้ มหาสมุทรแอตแลนติก. โมเดล Octupole ระบุแปดขั้ว และอื่นๆ โมเดลที่ทันสมัยที่สุดของแม่เหล็กภาคพื้นดินทำงานได้ถึง 168 ขั้ว ควรสังเกตว่าเฉพาะองค์ประกอบไดโพลของสนามแม่เหล็กโลกเท่านั้นที่หายไปชั่วคราวระหว่างการผกผัน ในขณะที่องค์ประกอบอื่นๆ เปลี่ยนแปลงอย่างอ่อนกว่ามาก

เสาจะกลับด้าน

หลายคนรู้ว่าชื่อที่ยอมรับกันโดยทั่วไปสำหรับเสานั้นตรงกันข้ามกันทุกประการ มีเสาในอาร์กติกซึ่งอยู่ทางเหนือสุดของเข็มแม่เหล็กชี้ - ดังนั้นจึงควรพิจารณาทางใต้ (ขั้วที่มีชื่อเดียวกันจะขับไล่ ขั้วตรงข้ามดึงดูด!) ในทำนองเดียวกัน ขั้วแม่เหล็กเหนืออยู่ที่ละติจูดสูงในซีกโลกใต้ อย่างไรก็ตาม ตามเนื้อผ้าเราตั้งชื่อเสาตามภูมิศาสตร์ นักฟิสิกส์เห็นพ้องต้องกันมานานแล้วว่าเส้นแรงที่ออกมาจากขั้วเหนือของแม่เหล็กใดๆ และเข้าสู่ทิศใต้ จากนี้ไปเส้นของสนามแม่เหล็กโลกจะออกจากขั้วแม่เหล็กโลกใต้และลากไปทางทิศเหนือ นี่คือข้อตกลงและไม่คุ้มที่จะทำลายมัน (ถึงเวลาที่จะระลึกถึงประสบการณ์อันน่าเศร้าของ Panikovsky!)

ขั้วแม่เหล็ก ไม่ว่าคุณจะกำหนดมันอย่างไร ก็ไม่หยุดนิ่ง ขั้วโลกเหนือของไดโพล geocentric ในปี 2000 มีพิกัด 79.5 N และ 71.6 W และในปี 2010 - 80.0 N และ 72.0 W ขั้วโลกเหนือที่แท้จริง (ส่วนที่เปิดเผยการวัดทางกายภาพ) ได้เปลี่ยนตั้งแต่ปี 2000 จาก 81.0 N และ 109.7 W ถึง 85.2 N และ 127.1 W. เกือบทั้งศตวรรษที่ 20 เขาไม่เกิน 10 กม. ต่อปี แต่หลังจากปี 1980 เขาก็เริ่มเคลื่อนไหวเร็วขึ้นมาก ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ความเร็วของมันเกิน 15 กม. ต่อปีและยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง

ตามที่ท่านบอก กลศาสตร์ยอดนิยม อดีตผู้นำห้องปฏิบัติการธรณีแม่เหล็กของสำนักสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งแคนาดา Lawrence Newitt ซึ่งปัจจุบันขั้วที่แท้จริงกำลังเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ โดยเคลื่อนที่ได้ 50 กม. ต่อปี หากเวกเตอร์ของการเคลื่อนไหวของมันไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วในช่วงกลางศตวรรษที่ 21 มันก็จะอยู่ในไซบีเรีย ตามการบูรณะปฏิสังขรณ์ที่ดำเนินการเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาโดยนิววิตต์คนเดียวกันใน XVII และ ศตวรรษที่สิบแปดขั้วแม่เหล็กเหนือส่วนใหญ่เลื่อนไปทางตะวันออกเฉียงใต้และหันไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือประมาณปี พ.ศ. 2403 ขั้วแม่เหล็กใต้ที่แท้จริงมีการเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันในช่วง 300 ปีที่ผ่านมา และการกระจัดเฉลี่ยต่อปีไม่เกิน 10-15 กม.

สนามแม่เหล็กของโลกมาจากไหน? คำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งคือน่าทึ่ง โลกมีแกนเหล็กนิกเกิลที่เป็นของแข็งภายในซึ่งมีรัศมี 1220 กม. เนื่องจากโลหะเหล่านี้เป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก ทำไมไม่ลองคิดเอาเองว่าแกนในนั้นมีการสะกดจิตแบบสถิต ซึ่งทำให้แน่ใจได้ถึงการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กธรณี ภาวะหลายขั้วของสนามแม่เหล็กโลกเกิดจากความไม่สมมาตรของการกระจายตัวของโดเมนแม่เหล็กภายในแกนกลาง การเคลื่อนตัวของขั้วและการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลกนั้นยากกว่าที่จะอธิบาย แต่บางทีอาจลองดูก็ได้

อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรเกิดขึ้น ferromagnet ทั้งหมดยังคงเป็น ferromagnet (นั่นคือพวกมันยังคงทำให้เป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาติ) ต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น - จุด Curie สำหรับเหล็ก อุณหภูมินั้นอยู่ที่ 768°C (สำหรับนิกเกิล ต่ำกว่ามาก) และอุณหภูมิของแกนในของโลกนั้นสูงกว่า 5000 องศามาก ดังนั้นเราจึงต้องมีส่วนร่วมกับสมมติฐานของ geomagnetism แบบสถิต อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ว่าในอวกาศอาจมีดาวเคราะห์ที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกเย็นตัว

ลองพิจารณาความเป็นไปได้อื่น โลกของเรายังมีแกนนอกที่เป็นของเหลวซึ่งมีความหนาประมาณ 2300 กม. ประกอบด้วยการหลอมของเหล็กและนิกเกิลที่มีส่วนผสมของธาตุไฟแช็ก (กำมะถัน คาร์บอน ออกซิเจน และโพแทสเซียมกัมมันตภาพรังสี - ไม่มีใครรู้แน่ชัด) อุณหภูมิของส่วนล่างของแกนชั้นนอกเกือบจะใกล้เคียงกับอุณหภูมิของแกนใน และในโซนบนที่ขอบพร้อมกับเสื้อคลุม อุณหภูมิจะลดลงเหลือ 4400 องศาเซลเซียส ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะสันนิษฐานว่าเนื่องจากการหมุนของโลกทำให้เกิดกระแสเป็นวงกลมขึ้นที่นั่น ซึ่งอาจเป็นต้นเหตุของการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโลก

ไดนาโมหมุนเวียน

“เพื่อที่จะอธิบายการเกิดขึ้นของสนามโพลอยด์ จำเป็นต้องคำนึงถึงกระแสในแนวดิ่งของสสารในนิวเคลียสด้วย เกิดขึ้นจากการพาความร้อน: เหล็ก-นิกเกิลละลายที่ร้อนจะโผล่ออกมาจากส่วนล่างของแกนกลางไปทางเสื้อคลุม เครื่องบินไอพ่นเหล่านี้บิดโดยแรงโคริโอลิสเช่น กระแสลมพายุไซโคลน Gary Glatzmayer ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียอธิบายว่ากระแสลมหมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือและทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ - เมื่อเข้าใกล้เสื้อคลุม สารของแกนกลางจะเย็นลงและเริ่มเคลื่อนไหวย้อนกลับในเชิงลึก สนามแม่เหล็กของกระแสลมขึ้นและกระแสน้ำลงจะหักล้างซึ่งกันและกัน ดังนั้นจึงไม่มีการสร้างสนามในแนวตั้ง แต่ในส่วนบนของไอพ่นการพาความร้อนซึ่งก่อตัวเป็นวงและเคลื่อนที่ในแนวนอนเป็นเวลาสั้นๆ สถานการณ์จะแตกต่างออกไป ในซีกโลกเหนือ เส้นสนามที่หันไปทางทิศตะวันตกก่อนการพาความร้อนจะหมุนไป 90 องศาตามเข็มนาฬิกาและปรับทิศทางตัวเองไปทางทิศเหนือ ในซีกโลกใต้พวกเขาจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาจากทิศตะวันออกและมุ่งหน้าไปทางเหนือ เป็นผลให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นในซีกโลกทั้งสองโดยชี้จากใต้ไปเหนือ แม้ว่านี่จะไม่ใช่คำอธิบายเดียวที่เป็นไปได้สำหรับการเกิดขึ้นของสนามโพลอยด์ แต่ก็ถือว่าเป็นไปได้มากที่สุด

เป็นโครงการที่นักธรณีฟิสิกส์กล่าวถึงเมื่อ 80 ปีที่แล้ว พวกเขาเชื่อว่าการไหลของของเหลวนำไฟฟ้าของแกนนอกเนื่องจาก พลังงานจลน์สร้าง กระแสไฟฟ้าแผ่ไปตามแกนโลก กระแสเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กโดยส่วนใหญ่เป็นประเภทไดโพล เส้นของแรงที่บนพื้นผิวโลกถูกยืดออกตามเส้นเมอริเดียน (สนามดังกล่าวเรียกว่าโพลอยด์) กลไกนี้เกี่ยวข้องกับการทำงานของไดนาโม จึงเป็นที่มาของชื่อ

รูปแบบที่อธิบายมีความสวยงามและเป็นตัวอย่าง แต่น่าเสียดายที่มันผิดพลาด โดยอาศัยสมมติฐานที่ว่าการเคลื่อนที่ของสสารในแกนชั้นนอกมีความสมมาตรรอบแกนโลก อย่างไรก็ตาม ในปี 1933 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ โธมัส คาวลิง ได้พิสูจน์ทฤษฎีบทโดยที่ไม่มีกระแสไหลตามแกนสมมาตรใด ๆ ที่จะรับประกันการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกในระยะยาว แม้ว่ามันจะปรากฏขึ้น อายุของมันก็จะสั้น น้อยกว่าอายุของโลกเราหลายหมื่นเท่า เราต้องการโมเดลที่ซับซ้อนกว่านี้

“เราไม่รู้แน่ชัดว่าสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นเมื่อใด แต่อาจเกิดขึ้นไม่นานหลังจากการก่อตัวของเสื้อคลุมและแกนนอก” เดวิด สตีเวนสัน หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญชั้นนำด้านสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ศาสตราจารย์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าว - ในการเปิดใช้ geodynamo จำเป็นต้องมีฟิลด์เมล็ดพันธุ์ภายนอก และไม่จำเป็นต้องเป็นฟิลด์ที่ทรงพลัง ตัวอย่างเช่น บทบาทนี้สามารถสันนิษฐานได้จากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์หรือสนามของกระแสที่สร้างขึ้นในแกนกลางอันเนื่องมาจากผลกระทบของเทอร์โมอิเล็กทริก สุดท้ายนี้ไม่สำคัญเกินไป มีแหล่งกำเนิดแม่เหล็กเพียงพอ ในการปรากฏตัวของสนามดังกล่าวและการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของการไหลของของไหลที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า การเปิดตัวของไดนาโมในดาวเคราะห์กลายเป็นเรื่องง่ายอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้”

ป้องกันแม่เหล็ก

การตรวจสอบสนามแม่เหล็กโลกดำเนินการโดยใช้เครือข่ายหอสังเกตการณ์ธรณีแม่เหล็กที่กว้างขวาง ซึ่งเริ่มสร้างในช่วงทศวรรษที่ 1830

เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน เรือ การบิน และเครื่องมือในอวกาศถูกนำมาใช้ (เช่น เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสเกลาร์และเวกเตอร์ของดาวเทียม Oersted ของเดนมาร์ก ซึ่งเปิดดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2542)

ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกแตกต่างกันไปตั้งแต่ประมาณ 20,000 นาโนเทสลานอกชายฝั่งบราซิลไปจนถึง 65,000 นาโนเทสลาใกล้ขั้วแม่เหล็กใต้ ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1800 ส่วนประกอบของไดโพลลดลงเกือบ 13% (และลดลง 20% ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 16) ในขณะที่ส่วนประกอบแบบสี่ส่วนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย การศึกษาสนามแม่เหล็กโลกแสดงให้เห็นว่าเป็นเวลาหลายพันปีก่อนที่ยุคของเราจะเริ่มขึ้น ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกได้เพิ่มขึ้นอย่างดื้อรั้น และจากนั้นก็เริ่มลดลง อย่างไรก็ตาม โมเมนต์ไดโพลของดาวเคราะห์ในปัจจุบันนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยอย่างมีนัยสำคัญในช่วงร้อยห้าสิบล้านปีที่ผ่านมา (ในปี 2010 การวัดสนามแม่เหล็กโลกได้รับการตีพิมพ์ระบุว่าเมื่อ 3.5 พันล้านปีก่อน สนามแม่เหล็กของโลกอ่อนแอเป็นสองเท่าของปัจจุบัน) . แปลว่า เรื่องราวทั้งหมด สังคมมนุษย์จากการเกิดขึ้นของสถานะแรกจนถึงเวลาของเราตกอยู่ในจุดสูงสุดของสนามแม่เหล็กโลก เป็นที่น่าสนใจที่จะคิดว่าสิ่งนี้มีอิทธิพลต่อความก้าวหน้าของอารยธรรมหรือไม่ ข้อสันนิษฐานดังกล่าวหยุดดูน่าอัศจรรย์ เนื่องจากสนามแม่เหล็กปกป้องชีวมณฑลจากรังสีคอสมิก

และนี่เป็นอีกกรณีหนึ่งที่น่าสังเกต ในวัยหนุ่มสาวและแม้แต่วัยรุ่นในโลกของเรา สารทั้งหมดในแกนกลางของมันอยู่ในสถานะของเหลว แกนในที่เป็นของแข็งก่อตัวขึ้นเมื่อไม่นานนี้ บางทีอาจเมื่อหนึ่งพันล้านปีก่อน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น กระแสการพาความร้อนก็ได้รับคำสั่งมากขึ้น ส่งผลให้การทำงานของจีโอไดนาโมมีเสถียรภาพมากขึ้น ด้วยเหตุนี้สนามแม่เหล็กโลกจึงมีขนาดและความเสถียรเพิ่มขึ้น สันนิษฐานได้ว่าเหตุการณ์นี้ส่งผลดีต่อการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเพิ่มขึ้นของ geomagnetism ได้ปรับปรุงการปกป้องชีวมณฑลจากรังสีคอสมิก และด้วยเหตุนี้จึงอำนวยความสะดวกในการเกิดขึ้นของชีวิตจากมหาสมุทรสู่พื้นดิน

นี่คือคำอธิบายที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับการเปิดตัวดังกล่าว เพื่อความง่าย ฟิลด์เมล็ดพืชเกือบจะขนานกับแกนหมุนของโลก (อันที่จริง ก็เพียงพอแล้วหากมีองค์ประกอบที่ไม่ใช่ศูนย์ในทิศทางนี้ ซึ่งแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้) ความเร็วของการหมุนของสารในแกนนอกจะลดลงเมื่อความลึกลดลง และเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าที่สูง เส้นสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปด้วย ตามที่นักฟิสิกส์กล่าวว่าสนาม "แช่แข็ง" ในตัวกลาง ดังนั้นเส้นแรงของทุ่งเมล็ดจะโค้งงอ เคลื่อนไปข้างหน้าในระดับความลึกที่มากขึ้นและล้าหลังที่พื้นตื้นกว่า ในที่สุดพวกมันจะยืดและทำให้เสียรูปมากจนทำให้เกิดสนามวงแหวน ซึ่งเป็นวงแม่เหล็กทรงกลมที่พันรอบแกนโลกและชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามในซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ กลไกนี้เรียกว่า w-effect

ตามที่ศาสตราจารย์สตีเวนสันกล่าว เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องเข้าใจว่าสนาม toroidal ของแกนนอกเกิดขึ้นเนื่องจากสนามเมล็ดpoloidal และในทางกลับกัน ก่อให้เกิดสนามpoloidalใหม่ที่สังเกตได้ที่พื้นผิวโลก: "ทั้งสองประเภทของ geodynamo ดาวเคราะห์ ฟิลด์เชื่อมต่อถึงกันและไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากกันและกัน"

15 ปีที่แล้ว Gary Glatzmyer พร้อมด้วย Paul Roberts ได้ตีพิมพ์ภาพที่สวยงามมาก รุ่นคอมพิวเตอร์สนามแม่เหล็กโลก: “โดยหลักการแล้ว ในการอธิบาย geomagnetism มีเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอมานานแล้ว - สมการของแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ บวกกับสมการที่อธิบายแรงโน้มถ่วงและ กระแสความร้อนภายในแกนโลก แบบจำลองที่ใช้สมการเหล่านี้ซับซ้อนมากในรูปแบบดั้งเดิม แต่สามารถทำให้ง่ายขึ้นและปรับให้เข้ากับการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ได้ นั่นคือสิ่งที่ผมกับโรเบิร์ตส์ทำ การทำงานของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำให้สามารถสร้างคำอธิบายที่สอดคล้องกันในตัวเองของวิวัฒนาการระยะยาวของความเร็ว อุณหภูมิ และความดันของสสารที่ไหลในแกนนอกและวิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้เรายังพบว่าหากเราเล่นการจำลองในช่วงเวลาต่างๆ เป็นเวลาหลายหมื่นและหลายแสนปี การพลิกกลับของสนามแม่เหล็กโลกย่อมเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น ในแง่นี้ แบบจำลองของเราจึงสามารถถ่ายทอดประวัติศาสตร์แม่เหล็กของโลกได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม มีปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข พารามิเตอร์ของสารของแกนนอกซึ่งรวมอยู่ในแบบจำลองดังกล่าวยังห่างไกลจากสภาพจริงมากเกินไป ตัวอย่างเช่น เราต้องยอมรับว่าความหนืดของมันสูงมาก ไม่เช่นนั้นทรัพยากรของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดจะไม่เพียงพอ อันที่จริง มันไม่เป็นเช่นนั้น มีเหตุผลทุกประการที่จะเชื่อว่ามันเกือบจะเกิดขึ้นพร้อมกับความหนืดของน้ำ โมเดลปัจจุบันของเราไม่มีอำนาจที่จะคำนึงถึงความปั่นป่วนซึ่งเกิดขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย แต่คอมพิวเตอร์กำลังได้รับโมเมนตัมทุกปี และในอีกสิบปีจะมีการจำลองที่สมจริงมากขึ้น

ศาสตราจารย์สตีเวนสันกล่าวเสริมว่า "งานของ geodynamo สัมพันธ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้กับการเปลี่ยนแปลงที่วุ่นวายในการไหลของเหล็ก-นิกเกิลที่หลอมเหลว ซึ่งกลายเป็นความผันผวนในสนามแม่เหล็ก" - การกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลกเป็นเพียงความผันผวนที่รุนแรงที่สุด เนื่องจากพวกมันเป็นแบบสุ่มในธรรมชาติ จึงแทบจะไม่สามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้ ไม่ว่าในกรณีใด เราไม่สามารถทำได้”