Американские ученые решили создать в лаборатории экспериментальную модель магнитного поля Земли

Американские ученые решили создать в лаборатории экспериментальную модель магнитного поля Земли. Для этого был изготовлен трехметровый шар, в который залили жидкий натрий. При вращении он должен генерировать магнитное поле, аналогичное земному. Теперь появился шанс более подробно изучить все процессы, проходящие в магнитосфере нашей планеты.

Очень часто, при неустойчивой погоде мы, жалуясь на головную боль, поминаем недобрым словом магнитное поле Земли. А интернетовские службы прогноза погоды, как бы выражая свою солидарность с нами, подтверждают, что сегодня магнитное поле "весьма неустойчиво". При этом мало кто задумывается над тем, что до сих пор люди на самом деле практически ничего не знают о процессах, происходящих в магнитосфере. Поскольку изучать их чрезвычайно сложно. Так что фраза "магнитное поле неустойчиво" в плане достоверности аналогично высказыванию "у Зевса сегодня плохое настроение" (поэтому голова, уважаемые ахейцы, болеть у вас непременно будет).

Читайте также: Лазер и черепахи раскроют тайны магнитного поля

Достоверно известно лишь одно — магнитное поле у Земли есть. Но для этого не нужно проводить сверхточные исследования с дорогими и сложными приборами — достаточно лишь на стрелку компаса взглянуть. Если указывает куда нужно (а указывает она, как мы помним, вовсе не на север, а на юг, поскольку именно южный магнитный полюс является притягивающим, север определяется как противоположная сторона) — то все в порядке, магнитное поле имеется. А вот откуда оно взялось, какие процессы в нем происходят, и, главное, как оно влияет на нас с вами — тут уж точных данных нет, одни лишь гипотезы.

Согласно последним из них, магнитосфера возникает из-за того, что при вращении нашей планеты в жидкой части металлического земного ядра (подробнее о его строении читайте в статье "Кто разогревает земное ядро?") возникают течения. Они формируют своеобразную " магнитную динамо-машину", которая и создает магнитное поле. И хотя с точки зрения физики, эта гипотеза выглядит правдоподобной, проверить ее весьма сложно — ведь та самая зона, где происходит формирование токов, находится весьма глубоко от поверхности планеты, заглянуть туда и все измерить пока что не представляется возможным.

Однако можно пойти другим путем — создать некую модель Земли с аналогичным внутренним строением, раскрутить ее и посмотреть, сформируется ли у нее магнитное поле, аналогичное реально существующему. Кстати, такое поле и изучать будет намного легче. Именно этим решили заняться специалисты по геомагнетизму из Университета штата Мериленд (США).

Для начала они изготовили трехметровый шар с ребристой поверхностью (имитация рельефа) и полый внутри. В следующем году, если все пойдет так, как запланировали исследователи, его средняя вращающаяся сфера будет заполнена 13 тоннами расплавленного натрия, нагретого примерно до 105°C. Ученые предполагают, что когда шар будет крутиться со скоростью, пропорциональной таковой вращению Земли вокруг собственной оси (с поправками на размеры шара), то перемешивающаяся проводящая жидкость будет генерировать магнитное поле. То есть пойдет процесс, подобный тому, когда жидкое железо во внешнем слое ядра Земли создает магнитное поле нашей планеты.

Вообще же экспериментальная установка состоит из двух концентрических сфер. Внутренняя сфера, чей диаметр составляет примерно 1,02 метра, имитирует твердое внутреннее ядро Земли, а внешняя, диаметром 2,92 метра, является моделью мантии. Заполненное же жидким натрием пространство между этими двумя сферами, по замыслу экспериментаторов, должно представлять внешний слой ядра, тот самый, что и создает магнитное поле.Следуетзаметить,что каждая сфера модели Земли может вращаться независимо от соседней. Скорость подобного вращения изменяется в пределах от одного до четырех оборотов в секунду (для внешней сферы) и до 12 оборотов в секунду (для внутренней).

Кроме того, на поверхности установки будут размещены специальные датчики температурного контроля. Их показания дадут ученым представление о том, как меняется температура жидкого натрия в сфере, имитирующей внешнее ядро, при вращении планеты, поскольку еще одной из задачей проекта, возглавляемого геофизиком Даниэлем Латропом, является изучение влияния температуры на движение расплавленного металла в земном ядре.

По мнению экспериментаторов, схема взаимодействия модели с реальным геомагнитным полем должна выглядеть следующим образом: в какой-то момент естественное магнитное поле Земли должно дать толчок процессу, происходящему в средней сфере. То есть вращение проводящей жидкости в этом магнитном поле (а ведь на нашей планете от его влияния никуда не деться) приведет к появлению внутренних электрических токов, которые при правильном подборе параметров движения могут усилить магнитное поле сферы и создать положительную обратную связь, "подгоняя" процесс.

Но никто не знает, как эксперимент пойдет на самом деле. "Нет никаких теоретических расчетов и экспериментальных данных по этим параметрам", — жалуется Латроп — "Видимо, все придется выяснять самим по ходу эксперимента".

Вообще, аналогичные опыты уже проводились, однако сферические установки меньших размеров (один метр и 0,4 метра в диаметре, построенные в США и во Франции соответственно) так и не смогли создать магнитное динамо, хотя и выявили некоторые интересные особенности поведения жидкостей.

Латроп надеется, что в данном эксперименте им удастся создать правдоподобную модель магнитогидродинамических процессов, происходящих в земном ядре. И наконец-то, понять, каким образом на самом деле создается магнитное поле. Ну, а дальше, если все пойдет так, как запланировано, ученые намерены подвергнуть его различным воздействиям, имитирующем естественные. И тогда станет ясно, бывает ли оно на самом деле неустойчивым или нет.

Кроме того, исследователи рассчитывают, что их работа прольет свет на причины глобальных изменений в магнитном поле Земли (например, инверсий геомагнитных полюсов, которые неоднократно происходили в прошлом, и очередная из них ожидается в ближайшем будущем).

Напомню, что последний подобный "переворот", когда притягивающий полюс стал отталкивающим, произошел 780 тысяч лет назад. По данным астрофизиков, есть вероятность, что очередная инверсия уже не за горами, поскольку, по их данным, за последние полтора века магнитное поле Земли ослабло на 10 процентов (а это один из признаков приближения инверсии).

Читайте также: Смена магнитных полюсов Земли грозит смертью всему живому …

Про то же, как подобная смена полюсов может повлиять на человечество, ученые пока что ничего толком не знают (и их молчание дает повод для многих СМИ писать о грядущем "магнитном апокалипсисе", что является спекуляциями чистейшей воды). Однако модель геомагнитного поля в лаборатории сможет хотя бы примерно показать, каковы будут последствия данной инверсии.

И если ученые смогут узнать, что это будет сопровождаться катастрофами, то у человечества, по крайней мере, будет шанс к ним подготовиться. А если не произойдет ничего страшного, то все перестанут бояться этой смены полюсов, ведь не боимся же мы размагничивания наших магнитных прищепок…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"