สนามแม่เหล็กโลก: ลักษณะ โครงสร้าง ลักษณะและประวัติการวิจัย

2024 ผู้เขียน: Henry Conors | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-12 13:41

สนามแม่เหล็กโลก (GP) เกิดจากแหล่งกำเนิดภายในโลก เช่นเดียวกับในสนามแม่เหล็กและไอโอโนสเฟียร์ ช่วยปกป้องโลกและสิ่งมีชีวิตจากอันตรายของรังสีคอสมิก ทุกคนที่ถือเข็มทิศสังเกตเห็นการปรากฏตัวของเขาและเห็นว่าปลายลูกศรด้านหนึ่งชี้ไปทางทิศใต้และอีกด้านหนึ่งไปทางทิศเหนือ ต้องขอบคุณสนามแม่เหล็กที่ค้นพบครั้งใหญ่ในวิชาฟิสิกส์ และจนถึงตอนนี้ก็มีการใช้แม่เหล็กนี้สำหรับการเดินเรือ ใต้น้ำ การบิน และอวกาศ

ลักษณะทั่วไป

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ ขั้วเหนือของมันตั้งอยู่ที่ส่วน "บน" ของโลกซึ่งอยู่ไม่ไกลจากขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ และขั้วใต้ของมันอยู่ใกล้กับขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ที่สอดคล้องกัน จากจุดเหล่านี้ เส้นแรงแม่เหล็กที่ประกอบเป็นสนามแม่เหล็กโลกจะขยายออกไปหลายพันกิโลเมตรสู่อวกาศ

ขั้วแม่เหล็กและขั้วทางภูมิศาสตร์ค่อนข้างห่างกัน หากคุณวาดเส้นที่ชัดเจนระหว่างขั้วแม่เหล็ก คุณจะได้แกนแม่เหล็กที่มีมุมเอียง 11.3 °ถึงแกนหมุน ค่านี้ไม่คงที่ และทั้งหมดเป็นเพราะขั้วแม่เหล็กเคลื่อนที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก ทำให้ตำแหน่งของพวกมันเปลี่ยนไปทุกปี

ธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลก

โล่แม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า (ประจุเคลื่อนที่) ที่เกิดในแกนของเหลวชั้นนอก ซึ่งอยู่ภายในโลกในระดับความลึกที่เหมาะสมมาก เป็นโลหะเหลวและเคลื่อนที่ได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการพาความร้อน สารเคลื่อนที่ของนิวเคลียสก่อให้เกิดกระแสและเป็นผลให้สนามแม่เหล็ก

เกราะแม่เหล็กปกป้องโลกจากรังสีคอสมิกได้อย่างน่าเชื่อถือ แหล่งที่มาหลักของมันคือลมสุริยะ - การเคลื่อนที่ของอนุภาคไอออไนซ์ที่ไหลจากโคโรนาสุริยะ สนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนกระแสที่ต่อเนื่องนี้ โดยเปลี่ยนเส้นทางไปรอบโลก ดังนั้นการแผ่รังสีอย่างแรงจะไม่ส่งผลเสียต่อทุกชีวิตบนดาวเคราะห์สีน้ำเงิน

ถ้าโลกไม่มีสนามแม่เหล็กโลก ลมสุริยะก็จะทำลายชั้นบรรยากาศ ตามสมมติฐานหนึ่ง นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นบนดาวอังคาร ลมสุริยะยังห่างไกลจากภัยคุกคามเพียงอย่างเดียว เนื่องจากดวงอาทิตย์ยังปล่อยสสารและพลังงานจำนวนมากออกมาในรูปของการขับโคโรนาล ควบคู่ไปกับกระแสอนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม แม้ในกรณีเหล่านี้ สนามแม่เหล็กของโลกก็ปกป้องมันด้วยการเบี่ยงเบนกระแสเหล่านี้จากดาวเคราะห์

โล่แม่เหล็กจะกลับขั้วทุกๆ 250,000 ปีโดยประมาณ ขั้วแม่เหล็กเหนือเข้ามาแทนที่ทิศเหนือและในทางกลับกัน นักวิทยาศาสตร์ไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น

ประวัติการวิจัย

ความคุ้นเคยของผู้คนที่มีคุณสมบัติอันน่าทึ่งของสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นในช่วงรุ่งอรุณของอารยธรรม ในสมัยโบราณมนุษย์รู้จักแร่เหล็กแม่เหล็กแมกนีไทต์ อย่างไรก็ตาม ใครและเมื่อเปิดเผยว่าแม่เหล็กธรรมชาติมีทิศทางเท่ากันในอวกาศที่สัมพันธ์กับเสาทางภูมิศาสตร์ของดาวเคราะห์นั้นไม่เป็นที่รู้จัก ตามเวอร์ชั่นหนึ่งชาวจีนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์นี้ในปี 1100 แต่พวกเขาเริ่มใช้มันในทางปฏิบัติเพียงสองศตวรรษต่อมา ในยุโรปตะวันตก เริ่มใช้เข็มทิศแม่เหล็กในการนำทางในปี 1187

โครงสร้างและลักษณะเฉพาะ

สนามแม่เหล็กโลกแบ่งออกเป็น:

• สนามแม่เหล็กหลัก (95%) ซึ่งแหล่งกำเนิดนั้นอยู่ในแกนนำไฟฟ้าของโลกชั้นนอก
• สนามแม่เหล็กผิดปกติ (4%) ที่สร้างขึ้นโดยหินในชั้นบนของโลกที่มีความไวต่อแม่เหล็กที่ดี (หนึ่งในสิ่งที่ทรงพลังที่สุดคือความผิดปกติของแม่เหล็ก Kursk);
• สนามแม่เหล็กภายนอก (เรียกอีกอย่างว่าตัวแปร 1%) ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์

รูปแบบแม่เหล็กโลกปกติ

การเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโลกเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้อิทธิพลของแหล่งกำเนิดทั้งภายในและภายนอก (ที่สัมพันธ์กับพื้นผิวของดาวเคราะห์) เรียกว่าการแปรผันของแม่เหล็ก พวกเขาคือมีลักษณะการเบี่ยงเบนของส่วนประกอบ HP จากค่าเฉลี่ย ณ สถานที่ที่สังเกต ความแปรผันของแม่เหล็กมีการปรับโครงสร้างตามเวลาอย่างต่อเนื่อง และบ่อยครั้งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นระยะๆ

รูปแบบปกติที่เกิดซ้ำทุกวันคือการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์-รายวันในความเข้มของ MS การเปลี่ยนแปลงสูงสุดในระหว่างวันและที่ดวงจันทร์ฝ่ายค้าน

รูปแบบแม่เหล็กโลกที่ไม่สม่ำเสมอ

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นจากอิทธิพลของลมสุริยะที่มีต่อสนามแม่เหล็กโลก การเปลี่ยนแปลงภายในสนามแม่เหล็กเอง และปฏิกิริยาของมันกับบรรยากาศชั้นบนที่แตกตัวเป็นไอออน

• การเปลี่ยนแปลงยี่สิบเจ็ดวันเป็นรูปแบบของการเติบโตอีกครั้งของการรบกวนทางแม่เหล็กทุกๆ 27 วัน ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาการหมุนของเทห์ฟากฟ้าหลักที่สัมพันธ์กับผู้สังเกตบนโลก แนวโน้มนี้เกิดจากการมีอยู่ของพื้นที่แอคทีฟที่มีอายุยืนยาวบนดาวบ้านเกิดของเรา ซึ่งสังเกตได้จากการปฏิวัติหลายครั้ง มันปรากฏตัวในรูปแบบของการเกิดซ้ำ 27 วันของการรบกวนทางธรณีแม่เหล็กและพายุแม่เหล็ก
• รูปแบบ 11 ปีสัมพันธ์กับช่วงเวลาของกิจกรรมการเกิดจุดของดวงอาทิตย์ พบว่าในช่วงหลายปีที่มีการสะสมพื้นที่มืดบนจานสุริยะมากที่สุด กิจกรรมแม่เหล็กก็ถึงจุดสูงสุดเช่นกัน อย่างไรก็ตาม การเติบโตของกิจกรรมแม่เหล็กโลกนั้นล้าหลังการเติบโตของกิจกรรมสุริยะโดยเฉลี่ยต่อปี
• ความผันแปรตามฤดูกาลมีเสียงสูง 2 ระดับและระดับต่ำสุด 2 ระดับที่สัมพันธ์กับเวลาที่กลางวันเท่ากับกลางคืนและครีษมายัน
• ฆราวาส ตรงกันข้ามกับที่กล่าวข้างต้น - ต้นกำเนิดภายนอก เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของสสารและกระบวนการของคลื่นในแกนนำไฟฟ้าของเหลวของโลกและเป็นแหล่งข้อมูลหลักเกี่ยวกับไฟฟ้า การนำของเสื้อคลุมและแกนกลางที่ต่ำกว่า เกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพที่นำไปสู่การพาตัวของสสาร ตลอดจนกลไกการสร้างสนามแม่เหล็กโลกของโลก นี่เป็นรูปแบบที่ช้าที่สุด โดยมีระยะเวลาตั้งแต่หลายปีถึงหนึ่งปี

อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่มีต่อโลกของสิ่งมีชีวิต

แม้จะมองไม่เห็นเกราะแม่เหล็ก แต่ชาวโลกก็รู้สึกได้ถึงความสมบูรณ์แบบ ตัวอย่างเช่น นกอพยพสร้างเส้นทางโดยเน้นไปที่มัน นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ หนึ่งในนั้นแสดงให้เห็นว่านกรับรู้ด้วยสายตา ในสายตาของนกอพยพ มีโปรตีนพิเศษ (cryptochromes) ที่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลก ผู้เขียนสมมติฐานนี้มั่นใจว่า cryptochromes สามารถทำหน้าที่เป็นเข็มทิศได้ อย่างไรก็ตาม ไม่เพียงแต่นกเท่านั้น แต่เต่าทะเลยังใช้หน้าจอแม่เหล็กเป็นเครื่องนำทาง GPS

ผลกระทบของหน้าจอแม่เหล็กต่อคน

ผลกระทบของสนามแม่เหล็กโลกต่อบุคคลโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างจากสิ่งอื่น ไม่ว่าจะเป็นรังสีหรือกระแสที่เป็นอันตราย เนื่องจากมีผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์โดยสิ้นเชิง

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสนามแม่เหล็กโลกทำงานในช่วงความถี่ต่ำพิเศษซึ่งเป็นไปตามหลักจังหวะทางสรีรวิทยา: ระบบทางเดินหายใจ หัวใจและสมอง. บุคคลอาจไม่รู้สึกอะไรเลย แต่ร่างกายยังคงตอบสนองต่อมันด้วยการเปลี่ยนแปลงการทำงานในระบบประสาท ระบบหัวใจและหลอดเลือด และกิจกรรมของสมอง จิตแพทย์ได้ติดตามความสัมพันธ์ระหว่างการระเบิดของความเข้มสนามแม่เหล็กโลกและการกำเริบของโรคทางจิตเป็นเวลาหลายปี ซึ่งมักนำไปสู่การฆ่าตัวตาย

"การจัดทำดัชนี" กิจกรรม geomagnetic

สนามแม่เหล็กรบกวนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในระบบกระแสแม่เหล็ก-ไอโอโนสเฟียร์เรียกว่ากิจกรรมสนามแม่เหล็กโลก (GA) ในการกำหนดระดับนั้นจะใช้ดัชนีสองตัวคือ A และ K ส่วนหลังแสดงค่าของ GA คำนวณจากการวัดโล่แม่เหล็กที่ดำเนินการทุกวันในช่วงเวลาสามชั่วโมง เริ่มที่ 00:00 UTC (เวลาสากลเชิงพิกัด) ค่าสูงสุดของการรบกวนทางแม่เหล็กจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับค่าของสนามแม่เหล็กโลกของวันที่เงียบสงบสำหรับสถาบันวิทยาศาสตร์บางแห่งในขณะที่คำนึงถึงค่าสูงสุดของความเบี่ยงเบนที่สังเกตพบ

จากข้อมูลที่ได้รับ คำนวณดัชนี K เนื่องจากเป็นค่ากึ่งลอการิทึม เฉลี่ยเพื่อให้ได้ภาพประวัติศาสตร์ระยะยาวของสถานะของสนามแม่เหล็กโลกของโลก ในการทำเช่นนี้ มีดัชนี A ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยรายวัน ถูกกำหนดค่อนข้างง่าย - แต่ละมิติของดัชนี K จะถูกแปลงเป็นดัชนีเทียบเท่า ค่า K ที่ได้รับตลอดทั้งวันเป็นค่าเฉลี่ยซึ่งเป็นไปได้ที่จะได้รับดัชนี A ค่าซึ่งในวันธรรมดาไม่เกิน 100 และในช่วงพายุแม่เหล็กที่รุนแรงที่สุดอาจเกิน 200.

เนื่องจากการรบกวนของสนามแม่เหล็กโลกในส่วนต่าง ๆ ของโลกนั้นแสดงออกมาอย่างแตกต่างกัน ค่าของดัชนี A จากแหล่งทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการวิ่งขึ้นเช่นนี้ ดัชนี A ที่ได้รับจากหอสังเกตการณ์จะลดลงเป็นค่าเฉลี่ยและดัชนีทั่วโลก A_p ปรากฏขึ้น เช่นเดียวกับดัชนี K_p ซึ่งเป็นค่าเศษส่วนในช่วง 0-9 ค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1 บ่งชี้ว่าสนามแม่เหล็กโลกเป็นเรื่องปกติ ซึ่งหมายความว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการส่งผ่านในแถบคลื่นสั้นจะยังคงอยู่ แน่นอนว่าภายใต้กระแสรังสีสุริยะที่ค่อนข้างรุนแรง สนามแม่เหล็กโลกที่มีจุด 2 จุดมีลักษณะเป็นคลื่นแม่เหล็กรบกวนปานกลาง ซึ่งทำให้คลื่นเดซิเมตรแทรกซ้อนเล็กน้อย ค่าจาก 5 ถึง 7 หมายถึงการปรากฏตัวของพายุ geomagnetic ที่สร้างการรบกวนอย่างรุนแรงกับช่วงดังกล่าว และด้วยพายุที่รุนแรง (8-9 คะแนน) ทำให้คลื่นสั้นไม่สามารถผ่านได้

กิจกรรมสนามแม่เหล็กโลกเป็นคะแนน

Ar	Kr	รายละเอียด
0	0	สงบ
2	1
3
4
7	2	ไม่พอใจเล็กน้อย
15	3
27	4	ไม่พอใจ
48	5	พายุแม่เหล็ก
80	6
132	7	พายุแม่เหล็กใหญ่
208	8
400	9

ผลกระทบของพายุแม่เหล็กต่อสุขภาพของมนุษย์

50-70% ของประชากรโลกได้รับผลกระทบจากพายุแม่เหล็ก ในเวลาเดียวกัน การเกิดปฏิกิริยาความเครียดในบางคนจะถูกบันทึกไว้ 1-2 วันก่อนเกิดคลื่นแม่เหล็กรบกวน เมื่อสังเกตการเปลวสุริยะ สำหรับคนอื่น ๆ ที่จุดสูงสุดหรือบางครั้งหลังจากกิจกรรม geomagnetic มากเกินไป

ผู้ติดยาและผู้ที่เป็นโรคเรื้อรังจำเป็นต้องติดตามข้อมูลเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลกเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์เพื่อไม่ให้เกิดความเครียดทางร่างกายและอารมณ์ตลอดจนการกระทำและเหตุการณ์ใด ๆ ที่อาจนำไปสู่ เพื่อเครียดถ้าพายุแม่เหล็กกำลังใกล้เข้ามา

กลุ่มอาการขาดสนามแม่เหล็ก

ความอ่อนตัวของสนามแม่เหล็กโลกในสถานที่ (สนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำ) เกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะการออกแบบของอาคารต่างๆ วัสดุผนัง ตลอดจนโครงสร้างที่เป็นแม่เหล็ก เมื่อคุณอยู่ในห้องที่มี GP ที่อ่อนแอ การไหลเวียนของเลือดจะถูกรบกวน การจัดหาออกซิเจนและสารอาหารไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะ การอ่อนตัวของเกราะแม่เหล็กยังส่งผลต่อระบบประสาท ระบบหัวใจและหลอดเลือด ต่อมไร้ท่อ ระบบทางเดินหายใจ โครงกระดูก และกล้ามเนื้อ

หมอญี่ปุ่น Nakagawa "เรียก"ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "กลุ่มอาการขาดสนามแม่เหล็กของมนุษย์" ในแง่ความสำคัญ แนวคิดนี้อาจแข่งขันกับการขาดวิตามินและแร่ธาตุได้เป็นอย่างดี

อาการหลักที่บ่งชี้ว่ามีอาการนี้คือ:

• เมื่อยล้า;
• ประสิทธิภาพลดลง
• นอนไม่หลับ;
• ปวดหัวและปวดข้อ;
• hypo- และความดันโลหิตสูง;
• ระบบย่อยอาหารทำงานผิดปกติ;
• ความผิดปกติในระบบหัวใจและหลอดเลือด