Существует несколько гипотез относительно происхождения магнитного поля Земли и других планет. Так или иначе, они все опираются на некий внутренний источник. Наиболее распространенными являются гипотезы «намагниченного железного ядра» и «внутренней «динамо-машины»». Свойства железа в условиях центра планеты трудно вообразить или косвенно оценить, поэтому серьезно воспринимать гипотезу намагниченного ядра не приходится. Тем более известно, что в условиях высоких температур железо не обладает магнитными свойствами и ядро для этой гипотезы должно быть достаточно холодным. Вторая гипотеза необходимо связана с колоссальными потоками электропроводящего вещества. В принципе, это вполне вероятно в условиях расплавленных пород, но условие возбуждения такой «динамо-машины» весьма проблематично.
Существует ряд оценок свойств магнитосферы (в частности, векторный характер полей), которые указывают на поверхностный источник поля, в качестве которого рассматриваются токи через земную кору. Сомнения в наличии внутреннего источника магнитного поля планеты подкрепляются и рядом других соображений. В частности, наличие у планеты атмосферы приводит к тому, что воздействие космического и солнечного ионизирующих излучений сопровождается образованием ионизированных электропроводящих слоев, которые в совокупности с электропроводной земной корой образуют две «обкладки» атмосферного (сферического) конденсатора. Емкость такого конденсатора нетрудно посчитать из геометрии планеты. Заряд атмосферного конденсатора достаточно велик – его энергия сопоставима с энергией магнитосферы. Напряженность электрического поля внутри конденсатора (между обкладками) имеет радиальное направление, ее значение хорошо известно (порядка 100 – 200 В/м). Само по себе это на первый взгляд никакого отношения к магнитосфере не имеет. Однако помимо емкостных свойств обкладки конденсатора образуют сферический волновод, в котором могут распространяться электромагнитные колебания вполне определенной длины волны. В частности, волны короче двух метров свободно проходят через ионосферу, которая для них отражающими свойствами не обладает. Волны вдвое длиннее расстояния от поверхности до верхней границы атмосферы в атмосферном волноводе не распространяются (затухают). Все колебания с длинами волн от 2 м до 100 км «замкнуты» внутри ионосферного волновода, и их энергия постепенно переходит к наиболее длинным волнам. Но, длина волны в 100 км не является самой длинной для такого волновода, поскольку он имеет сферическую форму. Как только длина волны становится сопоставимой с длиной окружности планеты, магнитная ее компонента получает возможность замыкаться вокруг планеты, и волновод оказывается «прозрачным» для длин волн порядка 40 000 км. Точно также волны метрового диапазона (телевизионные) внутри волновода сантиметрового диаметра (типичный размер антенного кабеля) распространяться не могут. Однако, антенный кабель устроен несколько хитрее – имеет внутреннюю центральную жилу, вокруг которой магнитное поле метровых волн имеет возможность замыкаться, и кабель становится пригодным для передачи электромагнитных колебаний телевизионного диапазона.
Далее, сферическая геометрия атмосферного конденсатора приводит к тому, что он помимо емкости обладает и вполне определенной индуктивностью, которая рассчитывается, как и емкость, из геометрии планеты. Одновременное наличие емкости и индуктивности делает систему подобной колебательному контуру с собственной резонансной частотой около 2 Гц. В то же время верхняя граница низкочастотного диапазона «прозрачности» для длин волн в 40 000 км составляет 7.5 Гц. То есть, в частотном смысле – это достаточно узкий интервал. Однако, колебания столь низких частот слабо затухают, поскольку им не на чем рассеиваться в атмосфере, и энергия этих колебаний сохраняется и, более того, пополняется за счет высокочастотного диапазона «прозрачности». Магнитная компонента электромагнитных колебаний имеет меридиальное направление, и в совокупности с известной электрической радиальной компонентой соответствует основному электромагнитному полю Земли.
Сопоставляя энергию атмосферного конденсатора с известной энергией магнитного поля планеты, следует сделать вывод о том, что природа магнитного поля целиком определяется наличием атмосферы . Подтверждениями этого вывода являются: отсутствие магнитосферы у небесных тел без атмосферы (Луна, Меркурий), слабость магнитосферы Марса, обладающего разреженной атмосферой, и, напротив, мощные магнитосферы планет, имеющих плотную атмосферу (Венера, Юпитер).
Казалось бы, электромагнитные колебания (какими бы низкочастотными они не были) не могут иметь стационарных электрических и магнитных компонент. На самом деле, эти волны распространяются не в однородной изотропной среде, а в сферическом волноводе. Поэтому для таких колебаний теряется зависимость от координат и времени аналогично тому, как это происходит при интерференции колебаний с образованием фигур Лиссажу (см. статью “ Условия образования реальных и виртуальных частиц ”) . Таким образом, магнитное поле Земли не существует само по себе, а является лишь компонентой электромагнитного, и, в этом смысле, подобно вещественной элементарной частице, аналогичной известным объектам микромира.
Магнитное поле, будучи порождением атмосферного волноводного конденсатора, самым непосредственным образом влияет на характеристики атмосферы, в частности, на климат Земли и естественную структуру самой атмосферы (которая до сих пор серьезно не исследуется). Электромагнитное поле планеты помимо электрических и магнитных свойств обладает и вполне определенным механическим импульсом, направленным (как ему и положено) перпендикулярно двум другим компонентам поля. Таким образом, электрическая компонента направлена радиально, магнитная – меридиально, а механическая – по широте . Электромагнитное поле Земли может непосредственно влиять на движение слабо ионизированных воздушных масс вблизи поверхности, вплоть до инициации этого движения. Кроме того, атмосфера планеты представлена более чем на пятую часть кислородом, который является одним из сильнейших парамагнетиков. Это свойство обеспечивает сильный термодинамический эффект при изменении намагниченности парамагнетика. В частности, при размагничивании последний сильно снижает свою температуру. За счет этого вариации напряженности магнитного поля планеты приводят к температурным эффектам «похолодания» атмосферы. Наиболее известным примером такого влияния магнитосферы на климат являются утренние холода даже заморозки. Они связаны с тем, что на восходе Солнца напряженность магнитного поля Земли снижается за счет изменения степени ионизации атмосферы и локального изменения параметров ионосферного конденсатора вследствие приливных эффектов.
Наложение на низкочастотные колебания высокочастотных приводит к возникновению интерференционных (муаровых) узоров, которые образуют стоячие волны, приводя к пространственной модуляции магнитного поля. В тех участках поля, где напряженность снижается, происходит понижение температуры атмосферы, сопровождающееся изменениями фазового состояния атмосферной влаги. Образуется либо туман, либо взвесь кристалликов льда, проявляющиеся в виде облаков, которые имеют вполне определенную интерференционную структуру. Это касается не только выразительно структурированных перистых облаков, но и длинноволновых порядков в расположении кучевых облаков. Последние с поверхности Земли наблюдать не всегда возможно, но хорошо видны с борта самолета.
Длинноволновые структуры в распределении напряженности электромагнитного поля Земли имеют стационарную природу в виду того, что самые низкочастотные резонансные колебания (2 Гц) замыкаются вокруг планеты в форме нескольких петель – пространственной фигуры Лиссажу. Возможно, именно области точек самопересечения и обладают аномальными свойствами. Но, возбуждения в верхней части низкочастотного диапазона вблизи 7.5 Гц приводят к модуляции поля со структурами порядка тысяч км, для которых, также как и для облачных структур, характерно изменение термодинамических параметров атмосферы. Детальный анализ структуры модулированных полей показывает, что они образованы из многих частных однонаправленных контуров (вращение в одну сторону) механической составляющей, которые в купе с термодинамическими эффектами обусловливают образование циклонов.
На возбуждение верхней границы низкочастотного диапазона «прозрачности» ионосферного волновода оказывают влияние электрические процессы в литосфере (земной коре – верхней твердой оболочке Земли), поскольку непосредственной взаимосвязи между низко- и высокочастотными диапазонами нет. Энергия высокочастотного диапазона, переходя от высоких частот к низким (волны с длиной порядка 100 км), рассеиваются на элементах земной коры того же размерного порядка. Происходит упругое и электромагнитное «раскачивание» коры, которое сопровождается сейсмическими колебаниями и сбросами, а также возбуждением низкочастотных электромагнитных колебаний в диапазоне ионосферного резонанса. На эти процессы естественным образом влияют особенности структуры и электрофизические свойства земной коры, а также явления массо- и зарядопереноса в литосфере.
Таким образом, магнитное поле Земли является компонентой электромагнитного, и имеет атмосферную природу. Связь вариаций напряженности магнитного поля с климатом обусловлена парамагнитными свойствами атмосферы. Динамические структуры электромагнитного поля планеты проявляются в виде рисунков облаков, облачных масс, ветров, циклонов, смерчей и т.п.
