Физика в быту

Области околоземного пространства с повышенной концентрацией захваченных заряженных частиц образуют радиационные пояса Земли, которые окружают Землю, подобно кольцам. Таких поясов два. Внутренний радиационный пояс находится на высоте четырёх тысяч километров от поверхности Земли и состоит в основном из протонов. Внешний пояс, расположенный на высоте 17 тысяч километров, состоит в основном из электронов. Содержимое радиационных поясов постепенно «протекает» в атмосферу, но продолжает постоянно пополняться от Солнца.

Без защиты магнитного поля с его радиационными поясами жизнь на поверхности Земли была бы невозможна. Да и саму атмосферу рано или поздно «сдуло» бы солнечным ветром, как это произошло у Марса, когда он лишился своего магнитного поля.

Когда магнитные полюса меняются местами

Прямые измерения магнитного поля проводятся всего 400 лет, а о далёких временах мы узнаём, анализируя намагниченность горных пород. Оказалось, что главное геомагнитное поле не совсем стабильно: есть вековые колебания, длящиеся столетиями, а изредка случаются «геомагнитные рывки» продолжительностью не больше года. Это всё так или иначе связано с токами в ядре. Но самое интересное, что примерно раз в миллион лет северный и южный магнитные полюса меняются местами, то есть происходит инверсия магнитных полюсов. Процесс это небыстрый, длящийся несколько тысяч лет, и в течение какого-то времени геомагнитное поле становится очень слабым, так что всё живое на Земле оказывается под угрозой. Последняя такая инверсия произошла около 770 тысяч лет назад.

Возможны также ситуации, когда полюса меняются местами на короткое время порядка сотен лет, а потом возвращаются обратно. Последнее такое событие произошло 42 тысячи лет назад («событие Лашамп»). Магнитное поле имело противоположное направление в течение примерно 440 лет, а переходные периоды длились по 250 лет. Во время переходов магнитная индукция составляла всего 5–10 % от обычной! Космические частицы, проникая в атмосферу, разрушали озоновый слой, что привело к увеличению потока ультрафиолета. Древние люди вынуждены были прятаться в пещерах. Предполагают, что неандертальцы не выдержали конкуренции с гомо сапиенс в борьбе за пещеры. Серьёзные климатические изменения на Земле, вымирание мамонтов и мегафауны Австралии тоже связывают с этим событием.

Магнитные полюса всегда находятся в движении. Но с 1990-х движение северного магнитного полюса ускорилось в 4 раза. За последние 150 лет геомагнитное поле уменьшилось на 10 %. Эти изменения происходят неравномерно: где-то поле ослабевает сильнее, а где-то даже усиливается. Учёные опасаются нового «события Лошамп».

Магнитные бури

При вспышках на Солнце миллиарды тонн плазмы (заряженных протонов, ядер гелия и электронов) выбрасываются в космос. Если выброс попадает в Землю (это может произойти через 2–3 дня после вспышки), геомагнитное поле испытывает возмущения. В магнитно-спокойные дни вариации геомагнитного поля во много тысяч раз меньше постоянно действующего поля, а во время сильных вспышек всплески магнитных полей увеличиваются в десятки раз, их величина достигает 1 % от стационарного поля – это так называемые магнитные бури. При буре земное поле меняется с амплитудой в сотые доли мкТл в минуту (напомню, что в Москве магнитная индукция стационарного поля 50 мкТл). Сильные магнитные бури возникают в основном в активной фазе солнечного 11-летнего цикла. В годы минимума солнечной активности мы имеем лишь несколько бурь в течение года, при максимумах солнечной активности – до 50 бурь в год. Фаза нарастания магнитных возмущений длится около 7 часов, а возвращение поля к исходному состоянию занимает около трёх суток. Это означает, что в годы активного солнца мы чуть ли не половину времени живём в условиях умеренных и сильных бурь.

Хотя относительная величина магнитных всплесков на первый взгляд не впечатляет, они несут угрозу высокотехнологичной инфраструктуре и могут выводить из строя космические аппараты.