Недавно от одного из подписчиков нашего телеграм канала мне поступил следующий вопрос:
Все знают ещё с детства, что у Земли есть магнитное поле. Но нигде не говорят про то, как именно оно возникло. Какие теории возникновения магнитного поля у Земли самые правдоподобные?
Поскольку чаще всего можно услышать ошибочное объяснение возникновению магнитного поля Земли, я решил написать об этом статью.
Современные и наиболее точные теории возникновения магнитного поля у Земли очень редко попадают на слух из-за их крайне высокой сложности, большинству людей без специального образования понять полную суть теории будет невозможно, я постараюсь объяснить её доступно, но сразу оговорюсь, что будет много серьёзных упрощений и опущенных деталей.
Ранее считалось, что магнитное поле Земли генерируется за счёт вращения огромного металлического ядра, чаще всего именно такое объяснение и можно услышать, когда речь заходит об источнике магнитного поля планет, однако математические расчёты показали, что таким образом не может формироваться стабильное магнитное поле с той конфигурацией, которую имеет Земное (осесимметричное поле), поэтому данное объяснение является как минимум не точным и нуждается в серьёзных дополнениях, а в отдельных интерпретациях оно вообще ошибочно.
Сейчас основной теорией образования магнитного поля Земли является самовозбуждающееся динамо. Если говорить максимально просто, то суть этой теории заключается в том, что при движении расплавленного проводящего вещества оно случайным образом порождает крайне слабые магнитные поля. При движении этого же вещества в созданном им же магнитном поле, в проводящем веществе возникают индукционные электрические токи, которые усиливают это поле и, соответственно, ещё больше увеличивают индукционный ток, а также порождают дополнительные магнитные поля, которые воздействуют на соседнее вещество, благодаря чему в нём также возникают индукционные токи. Данный процесс уходит в бесконечный цикл усиления магнитного поля, который ограничивается лишь поступлением энергии, необходимой для поддержания и дальнейшего усиления магнитного поля.
Немного подробнее и сложнее:
Необходимые условия для самовозбуждающегося планетарного динамо есть во внешнем ядре Земли, там идёт перенос тепла от внутреннего ядра к мантии, благодаря чему возникают конвективные потоки, которые и служат изначальными течениями проводящего вещества. Сила Кориолиса (квазисила обусловленная вращением Земли) закручивает данные потоки в спирали, называемые столбами Тейлора.
Из-за трения этих движущихся слоёв вещества они электризуются, из-за чего возникают контурные токи, после этого достаточно совсем слабого внешнего магнитного поля, а оно всегда найдётся, и удачной геометрии потока, чтобы начать процесс циклического усиления. Усиливаться магнитное поле будет до тех пор, пока потери на выделение тепла, возрастающие с увеличением силы тока по закону Джоуля-Ленца, не уравновесят приток энергии от ядра. Кстати, такой же механизм формирования магнитного поля справедлив и для звёзд.
Данное описание является крайне упрощённым, полноценное описание планетарного динамо возможно лишь с точки зрения уравнений магнитогидродинамики, которые могут показать значимость или её отсутствие для многих физических процессов, происходящих во внешнем ядре.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.