Магнитные поля в природе.

Планета Земля обладает собственным магнитным полем. Происхождение магнитного поля Земли объясняют на основе динамо-эффекта, или гидромагнитного динамо. Это явление и заключается в самовозбуждении магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Динамо-эффект для Земли связывают с конвективным движением проводящего вещества её жидкого ядра и с всплытием в этой среде более легких примесей под действием архимедовой силы. Конвективные движения приподнимают силовые линии тороидального поля (поле, линии которого направлены по параллелям) и при определенных условиях эти линии могут образовывать петли, которые потом сливаются с полоидальным полем (поле, линии которого, как у диполя, направлены по меридианам) и усиливают его. Теория динамо-эффекта допускает также возможность самообращения магнитной оси – переполюсовки магнитного поля Земли, и долгопериодических колебаний геомагнитного поля (вековые вариации), что отражает реальные свойства земного магнитного поля.

Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается на расстояния в тыс. км в направлении на Солнце и на многие миллионы километров в противоположном направлении. У поверхности Земли напряженность магнитного поля в среднем равнаЭ, на границе магнитосферы – приблизительноЭ. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий, приходящих из космоса – радиационный пояс.

Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания устойчивых планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля напряженностью до Э и ряд характерных явлений, указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах (магнитные бури, синхротронное излучение в радиодиапазоне и др.).

Межпланетное магнитное поле – это, главным образом, поле солнечного ветра – непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны. Вблизи орбиты Земли межпланетное поле составляет приблизительно Э. Силовые линии регулярного межпланетного магнитного поля имеют вид идущих от солнца раскручивающихся спиралей. Их форма обусловлена сложением радиального движения плазмы и вращения Солнца. Магнитное поле межпланетной плазмы имеет секторную структуру: в одних секторах оно направлено от Солнца, в других – к Солнцу. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых заряженных частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце – вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей – магнитное поле играет важнейшую роль. Исследования показали, что при среднем значении напряженности магнитного поля Солнца приблизительно Э, магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Эрстед, а протуберанцы удерживаются полями порядкаЭ.

Удаленность других звезд не позволяет проводить детальное исследование их магнитных полей. В то же время более чем у двухсот так называемых магнитных звезд обнаружены поля напряженностью до Э. Аномально большие поля (Э) измерены у нескольких звезд –белых карликов. По современным представлениям напряженность магнитных полей нейтронных звезд должна достигать значений Э.

Для сравнения можно сказать, что в лабораторных условиях (в т.н. взрывомагнитных генераторах) удалось создать короткоживущие магнитные поля напряженностью порядка Э.

Магнитные поля Солнца и звезд, а также поля пятен и активных областей (локальные поля) также могут быть объяснены динамо-эффектом.

В явлениях микромира роль магнитных полей не менее значима, чем в космических масштабах. На расстояниях порядка размера атома (см) магнитное поле ядра составляет приблизительноЭ.

В ферримагнетиках (ферритах-гранатах) на ядрах входящих в их состав ионов железа магнитное поле составляет примерно Э, а на ядрах редкоземельного металла диспрозия –Э.

Исключительно важную роль играют магнитные поля в нашей жизнедеятельности – малейшие изменения магнитного поля земли, вызываемые, например, магнитными бурями, остро ощущаются большинством населения Земли.

21