Как продлить быстротечную жизнь
Шрифт:
Другое дело, что все космические тела имеют разные по величине магнитные поля, и эта величина уже зависит только от индивидуальной эволюции каждого из космических тел.
Посмотрим на наше Солнце на самой ранней стадии его развития, когда оно только-только образовалось из холодного водородного облака. Облако было немагнитным (нет никаких предпосылок считать его обладателем магнитного поля) – немагнитным в тот момент было и Солнце. Облако вращалось – вращение передалось и Солнцу. Постепенно разогреваясь (мы опустим причину разогрева Солнца), Солнце достигло той температуры, при которой вещество превратилось в ионизированный газ с равными концентрациями положительных и отрицательных зарядов. И в целом Солнце было электрически нейтральным. Но по достижении определенной светимости с поверхности Солнца стали устремляться в окружающее пространство потоки заряженных частиц – протонов и электронов – так называемый солнечный ветер. А так как электроны по массе значительно уступают протонам, то
И здесь мы вспомним одно из правил физики, по которому под электрическим током принято понимать направленное движение электрических зарядов, а за направление тока принято считать направление движения положительных зарядов. И тогда вращающиеся вокруг оси Солнца элементарные положительные заряды мы сможем рассматривать как элементарные круговые токи вокруг общей оси – оси вращения Солнца. А как известно, электрический ток создает вокруг себя магнитное поле, направление магнитных силовых линий которого мы легко можем определить по направлению тока. И тогда северный географический полюс Солнца должен совпадать с северным магнитным полюсом Солнца, что в действительности и наблюдается. Совпадает и ось вращения Солнца с осью магнитного поля Солнца (в отличие от нашей Земли, где магнитная ось наклонена к оси вращения Земли, да и магнитные полюса находятся не на соответствующих их названиям полушариях Земли: северный магнитный полюс находится в южном полушарии, а южный – в северном, об этих особенностях магнитного поля Земли более подробно будет сказано чуть ниже).
Итак, магнитное поле Солнца – это явление, приобретенное Солнцем в процессе эволюции этой звезды. И чем больше звезда теряла электронов, тем большим становился ее положительный заряд и тем большим становилось ее магнитное поле при неизменности ее угловой скорости вращения. А при вспышке новых и особенно сверхновых звезд, когда интенсивность светового давления возрастает настолько, что оно срывает почти все электроны с поверхности звезды, положительный заряд такой звезды становится колоссально большим. А если еще учесть, что после вспышки новые и сверхновые звезды начинают быстро уменьшаться в размерах, что приводит к возрастанию их угловой скорости, то мы становимся свидетелями рождения фантастических магнитных полей во Вселенной. Так, некоторые пульсары имеют сверхсильные магнитные поля величиной до 1012 Гаусс!
Пульсары – это быстро вращающиеся нейтронные звезды. Нейтронная звезда – это маленький сверхплотный шар, который остается после взрыва сверхновой звезды. Считается, что такой шар состоит исключительно из нейтронов, поэтому и звезду такую называют нейтронной. Но чисто нейтронная звезда не могла бы иметь такого фантастического магнитного поля, какое она фактически имеет. Это поле обеспечивается только протонами, находящимися на такой звезде, и ее быстрым вращением. И поэтому, учитывая такой важный физический признак звезды, образующейся после взрыва сверхновой, как ее сверхсильное магнитное поле, следовало бы такую звезду называть не просто нейтронной, а хотя бы нейтронно-протонной.
А теперь посмотрим, как могло образоваться магнитное поле Земли. Земля тоже вращается и тоже, как и Солнце, могла бы генерировать магнитное поле при соответствующих условиях. Например, при наличии заряда на ее поверхности. И такой заряд Земля имеет. Мы знаем, что Земля имеет отрицательный заряд, знаем и величину этого заряда.
Отрицательный заряд – это избыток электронов. Откуда же он взялся у Земли? Естественно, что от Солнца. Мы уже знаем, что под воздействием светового давления и при взрывах, происходящих на Солнце, от него в окружающее пространство устремляются потоки заряженных частиц. Эти частицы и оседают на поверхности Земли и на поверхности других планет Солнечной системы. И поскольку электронов осело больше, чем протонов, то Земля приобрела отрицательный электрический заряд. Этот заряд и вращение Земли вокруг своей оси и создают некоторое магнитное поле, по расчетам значительно уступающее реальному магнитному полю Земли. И здесь перед нами выступает еще один фактор, влияющий на величину магнитного поля Земли. Такого фактора не было ни у Солнца, ни у звезд, но он есть у Земли и у некоторых планет Солнечной системы. Это наличие на Земле в нераскаленном виде таких металлов, как железо, кобальт и никель, именуемых ферромагнетиками, которые могут значительно усиливать генерируемое Землей магнитное поле. Магнитные поля ферромагнетиков, находящихся в земной коре до глубины 50 км, ориентируются в направлении магнитных силовых линий магнитного поля Земли, и таким образом создается более сильное суммарное магнитное поле, которое мы и называем собственным магнитным полем Земли.
Как видим, магнитное поле Земли прямо зависит от поверхностного заряда Земли, от угловой скорости вращения ее вокруг своей оси и от магнитной проницаемости земной коры.
И магнитная ось должна совпадать с осью вращения Земли, а полюса – магнитные и географические – должны быть диаметрально противоположны, в отличие от Солнца, так как при одинаковом направлении вращения вокруг своих осей у Земли вращаются не положительные заряды на поверхности, а отрицательные. И в действительности мы это и наблюдаем, но с некоторыми особенностями. Так, незначительно не совпадают оси вращения Земли и ее магнитного поля (на 11°). Не совпадают Северный географический и Южный магнитный полюсы, а отстоят друг от друга на значительном расстоянии. Точно так же расположены на большом расстоянии друг от друга Южный географический и Северный магнитный полюсы. И объяснение этих несовпадений следует искать уже в самом облике Земли.
Земля имеет магнитное поле около 2 миллиардов лет, то есть значительную часть своей жизни она не имела магнитного поля. И это обстоятельство легко объясняется всем вышеизложенным: очень медленно Земля набирала свой заряд, да еще и продолжительное время была разогрета до высокой температуры, и поэтому ее ферромагнетики не могли усиливать ее поле (магнитными ферромагнетики могут быть только до точки Кюри, для железа это 769 °C).
И пока Земля не имела своего магнитного поля, заряженные частицы из солнечного ветра равномерно оседали на всей ее поверхности. Но с появлением у Земли магнитного поля заряженные частицы стали отклоняться магнитным полем к полюсам планеты. И с этого момента начинается неравномерный заряд поверхности Земли. Во-первых, заряженные частицы, летящие от Солнца, отклонялись магнитным полем Землик ее полюсам. А во-вторых, на полюсах всегда была вода, и заряженные частицы, падая на электропроводную воду, равномерно распределялись по всей водной поверхности Земли. А районы суши оставались менее заряженными. Так это существует и поныне. Даже полярные сияния указывают нам на это обстоятельство, следуя своей конфигурацией очертаниям береговых линий.
И что же должно было происходить с магнитным полем Земли при неравномерном заряде на ее поверхности?
Очевидно, что магнитное поле должно быть больше над теми участками ее поверхности, которые несут больший заряд, то есть над водными поверхностями.
А как при этом будет выглядеть суммарное магнитное поле Земли? Например, в Северном полушарии?
Для ответа на этот вопрос обратим сначала внимание на расположение материков в Северном полушарии. Африку можно условно исключить из рассмотрения, так как она расположена в двух полушариях. Останутся Европа, Азия и Северная Америка. Центр Европы и Азии (Евразии) расположен примерно на 85-м градусе восточной долготы, а центр Северной Америки расположен примерно на 95-м градусе западной долготы. Меридианы, проведенные через центры Евразии и Северной Америки, окажутся лежащими на одной окружности, проходящей через Северный и Южный географические полюсы. И если бы по площади Евразия и Северная Америка были равны и их центры находились бы на одинаковом расстоянии от Северного полюса, то, очевидно, что и магнитный полюс совпадал бы с географическим. Но так как реально Евразия по площади в два с небольшим раза превосходит Северную Америку, а это означает, что равная Евразии площадь поверхности земного шара, центр которой совпадает с центром Северной Америки, будет генерировать большее магнитное поле в сравнении с полем, генерируемым над Евразией, так как там в генерировании магнитного поля будет принимать участие и часть водной поверхности, несущая больший заряд, чем суша. А поэтому Южный магнитный полюс будет сдвинут по меридиану, на котором лежит центр Северной Америки в сторону этого центра, и не будет, таким образом, совпадать с Северным географическим полюсом.
В действительности мы это и наблюдаем – координаты Южного магнитного полюса таковы: 70°50северной широты и 96° западной долготы.
Такую же картину и по той же причине мы наблюдаем и в южном полушарии – Северный магнитный полюс находится на расстоянии 2300 км от Южного магнитного полюса, и его координаты следующие: 70°10южной широты и 150°45восточной долготы. Соединив магнитные полюса магнитной осью, мы увидим, что эта ось не совпадает с осью вращения Земли.
Как живется людям на крайнем севере?
Так мы познакомились с упрощенной моделью образования магнитного поля Земли, которая может помочь нам понять механизм воздействия солнечных вспышек, которые порождают магнитные бури, на здоровье человека.
В этой модели для нас важны лишь два момента. Первый – это тот факт, что в периоды солнечных вспышек на Землю обрушивается мощный поток электронов. А второй момент заключается в том, что магнитное поле Земли не дает возможности этим электронам равномерно бомбардировать всю поверхность Земли, а отводит их к полюсам планеты, а точнее, к высоким широтам. Преимущественно электроны и протоны входят в атмосферу Земли около 70° северной и южной широты, но нас в данном случае интересуют только электроны. Ширина областей, в которые поступают почти все электроны, идущие от Солнца к Земле, сравнительно невелика – всего несколько сотен километров.