1. Предисловие
Чтобы понять, что такое магнитное поле Земли и почему его нет в одно и то же время, и оно как бы фиксируется простейшим прибором, и как, вообще, такой парадокс возможен, нужно вернуться к классической физике в позапрошлый век. Сейчас классическая теория относительности даже не упоминается в школьном курсе физике, как будто её и не было. Мы не будем рассматривать теорию относительности Эйнштейна ввиду её очевидной примитивности, которая исключает её применение для практических расчётов. Скалярная скорость света ― непонятная с точки зрения элементарной логики константа, отказ от применения систем отсчёта введением аксиомы о равенстве инерциальных систем отсчёта, отказ от доказанных Герцем и самой природой уравнений Максвелла для электромагнитных волн. Всё это делает невозможным её применение в самых простых расчётах в трёхмерном мире. Даже если мы бы захотели её использовать как - нибудь в практических расчётах, этого не получится из-за аксиомы равенства инерциальных систем, векторное понятие скорости света не имеет смысла.
Теория относительности в классической электродинамике возникла, когда Джозеф Лармор показал, что покоящийся заряд создаёт магнитное поле относительно движущегося тела, индивидуальное и субъективное. Вообще любое движение относительно. При равномерном медленном движении бывает трудно понять, движется ли соседний поезд, или наш поезд движется в противоположном направлении, пока не посмотришь на перрон, уж перрон у нас никак двигаться не может.
Давайте представим себе башню Теслы, на которой размещён шар, а на нёт большой электрический заряд. Недалеко от башни проезжают навстречу друг другу два поезда. Наблюдатели в проездах зафиксируют в своём поезде направленные навстречу друг другу магнитные поля.
H1 = QV1/ 2pr, H2 = QV2/ 2pr, где H ― напряжённость магнитного поля в А/м , Q― заряд в Кулонах , r - расстояния башни до поездов мы будем считать равными. Напряжённость магнитного поля ― вектор, а направление его находим по правилу буравчика (слева, вверх, направо по относительному движению заряда, в обратную движению поезда). Буравчик ведь можно сделать и с левым винтом при желании. Когда поезда остановятся ― магнитные поля исчезнут, как в сказке о Золушке, хорошо, что вагон не превратится в тыкву. Получается, что для двух различных наблюдателей в одном месте существует одновременно два разных магнитных поля, вызванных существованием одного заряда.
Такое положение в науке, доказанное экспериментом, привело к тому, что некоторые, (скажем так, не очень умные учёные, которых мы вспоминать не будем) стали говорит о необъективности магнитного поля, а потом вообще необъективности этого мира, и зависимости физики от субъективного мнения одиночного наблюдателя. Жюль Анри Пуанкарэ ― мудрейший учёный всех времён и народов, по моему скромному мнению, придумал классическую теорию относительности и положение о конвенциальной истине независимых наблюдателей и метод синхронизации времени, которое вернуло научный мир на 18 лет в нормальное состояние до его смерти в 1912 году. Но потом учёные, которые не поняли Пуанкарэ и Лармора и даже запретили печатать их книги, всё опять погрузили каменный век, в эпоху шаманизма, доверив физику мысленным экспериментам одиночного наблюдателя. И пока из каменного века, судя по школьным учебникам Физики и Астрономии, мы не вышли. Но не будем о грустном, мы ищем истину только в отношении магнитного поля Земли и идём дальше в наших исследованиях.
Скрывать истину было очень трудно, и опыт выдавал и поэтому, для целей обороны страны, Вавиловым С.И и Тимирязевым А.К. была создана новая физика на основе классической теории Пуанкарэ. Эта физика некоторое время существовала в подполье и поддерживалась Келдышем М.Р. и Александровым А.П.. На материале этих книг мы и будем делать наши заключения. Но ссылаться на них мы не сможем, они были в списке как ДСП «Для служебного пользования» и даже как «Совершенно Секретно». Они есть в библиотеке Калифорнийского университета, многие переведены на английский и есть в Интернете, но их нет даже в Ленинской библиотеке. Поэтому прошу заранее извинить меня, если я напишу статью не очень аккуратно с академической точки зрения, без должного наукообразия в традициях РАН, которое требует обязательных ссылок на используемую литературу.
1. Общие сведения
Для решения задач с высокой точностью в военной и космической области используются 4 системы отсчёта:
1) неподвижной Земли с фиксированными условными координатами ;
2) вращающейся вокруг оси Земли;
3) относительно центра масс Луна-Земля;
4) относительно центра масс Солнечной системы.
В последнее время стала популярной система отсчёта, связанная с центром нашей галактики, но она гипотетична и поэтому для практических целей не подходит.
Если рассматривать Землю в системе относительно Солнца как сферический конденсатор с двумя обкладками, то электрического, и, следовательно, магнитного поля у Земли нет. Не может его быть у Земли как у постоянного магнита, так как ядро Земли нагрето выше точки Кюри 768 оС, а повышение давления приводит к снижению этой температуры, и даже холодное ядро, состоящее из гамма – железа, при таком давлении будет по кристаллической структуре гамма-железом, не может быть магнитом. Если всё же электрический заряд у Земли есть, то он должен быть в сумме немножко отрицательным, так как внешняя оболочка ионосферы имеет положительный заряд и притягивает их космоса на близком расстоянии отрицательно заряженные частицы и отталкивает положительные. Но это магнитное поле с Земли обнаружить нельзя. Если наблюдать магнитное поле Земли с Луны оно будет другим, если сравнить его с магнитным Земли, которое можно наблюдать в системе отсчёта, связанной с центром масс Солнечной системы.
Ионосфера Земли неплохо изучена, хотя сведения, полученные из разных источников немного противоречивы. Используем наиболее достоверные данные без учёта приливных явлений в атмосфере.
- Слой D - самый нижний ионосферный слой, расположенный на высоте 60÷80 км. Электронная плотность его не превышает 103÷104 электронов /см3, кроме того, здесь имеется большое число отрицательных ионов, примерно 108 ион/см3. Слой D существует только в дневное время, а ночью ионизация на этих высотах почти полностью исчезает, потому что рекомбинация здесь протекает с большой скоростью
- Слой «Е». Нижняя граница этого слоя расположена на высоте 100 км, толщина составляет 150÷20 км, электронная плотность достигает днем 1,5·105 эл/см3, ночью 5·103 эл/см3. Основным ионизирующим фактором для слоя «Е» является ультрафиолетовое излучение Солнца. Изменение электронной плотности во времени симметрично относительно местного полдня. Это значит, что эффективный коэффициент рекомбинации велик и динамическое равновесие между числом исчезающих и вновь появляющихся зарядов устанавливается почти мгновенно вслед за изменением зенитного угла Солнца.
- Слой «F1», расположенный на высоте 250÷400 км, является основным. Суточный и годовой ход ионизации этого слоя значительно сложнее, чем слоя «Е». Наиболее закономерный суточный ход плотности ионизации и высоты слоя «F1» наблюдается в зимние месяцы, когда в дневное время ионизация сильно возрастает, достигая максимального значения 6·105÷2·106 эл/см3 после полудня. Ночью электронная плотность не превышает 2,5·105 эл/см3. Высота слоя «F1» уменьшается в дневные часы до 220÷240 км и увеличивается ночью до 300÷330 км. В области слоя «F1» электронная плотность подвержена сильным изменениям, и даже в спокойные дни в один и тот же час суток электронная плотность существенно отклоняется от среднего значения из-за приливов в атмосфере. Ионизация слоя «F1» зависит от географической широты и долготы. В летнее время плотность ионов падает в связи с тем, что падает электрическая прочность нижних слоёв атмосферы и происходят разряды атмосферы, известные как грозы и молнии. Сказки о появлении зарядов за счёт трения снежинок в облаках глупы до безобразия. Во- первых – заряд появляется при трении разнородных веществ. На этом можно было и закончить, но чтобы показать глупость пишущих учёных продолжим. Во - вторых для разделения должна быть высокая электрическая прочность, которой нет в насыщенном паре и быть не может, в - третьих нет механизма разделения зарядов твердых заряженных частиц – снежинок. И в - четвёртых гроза бывает и при чистом небе.
Теперь, наверное, становится понятно, что эти три слоя ионосферы представляют собой подобие электрофорной машинки, в которой ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца разделяет лёгкие молекулы воды, которая имея молекулярную массу 18 грамм/моль подвергаются ионизации. Лёгкие молекулы с приставшим к ним катионом Н+ массой 19 грамм/моль продолжают подниматься вверх, а тяжёлые молекулы воды массой 35 грамм/моль с прицепившимся к ним ионом гидроксила ОН- опускаются вниз, ведь молярная масса воздуха примерно 28 грамм/моль. В верхних слоях ионизируется и кислород, и азот, а самые верхние слои ионосферы, конечно, состоят из ионов водорода, в основном катионов с положительным зарядом или попросту протонов.
1. Электростатическая и электродинамическая модель Земли
Моделируем нашу планету по известным данным в очень упрощенном виде. Сложная модель в системе отсчёта « центр масс Земля-Луна» нам не понадобится.
Теперь представим себе, что Земля это сферический конденсатор, у которого положительный заряд сосредоточен на сфере, а отрицательный на поверхности земли. Теперь выделим на этом участке элементарный участок площадью dS в телесном угле da.
Мы видим, что элементарный участок на внешней сфере движется относительно наблюдателя на земле и, следовательно, создаёт магнитное поле. Мы могли взять двойной интеграл по сфере и посчитать возникшее магнитное поле по небесным координатам Q/4p* (wR-wr) относительно каждой точки этой сферы и третий интеграл плотности зарядов по высоте, но такой точности от нас в этой статье не требуется. Мы видим, что вращающаяся вместе с Землёй ионосфера создаёт относительно наблюдателя на Земле магнитное поле, и только для наблюдателя на географическом полюсе этого поля не будет по соображениям симметрии.
Следовательно, ионосфера несимметрична и в ионосфере существуют токи, ионосферные ветры, отклоняющие магнитный полюс от географического. Они и должны быть из-за влияния приливной атмосферной волны. Магнитное поле, как на обложке моего старого учебника физики, у Земли не существует, возможно, есть какое- то очень небольшое поле за счёт намагничивания минералов ферромагнетиков в земной коре тем полем, которое образуется от вращения ионосферы и всё. Но оно мизерно и очень криво из-за магнитных аномалий.
Фиксируем ещё одну ошибку астрономов и геофизиков и идём дальше, чтобы разобраться с природой полярных сияний на основе объективных исследований. Если поток заряженных частиц доходит до нас за двое суток - 48 часов, а расстояние от Солнца 150 миллионов километров, то скорость потока - 3 000 000 км\ч или 800 км\с. Летящие с такой скоростью заряженные частицы в потоке образуют своё магнитное и электрическое поле, которое действует на другие частицы, которые летят с другой скоростью, отличной от скорости потока, если поток в сумме не нейтрален по заряду. Летящие быстрее скорости потока частицы будут тормозиться как электрическим, так и магнитным полем облака до выравнивания скоростей, кроме частиц, летящих с очень большими скоростями близкими скорости света. Этот эффект Будкера - Дейча известен в ускорителях заряженных частиц. В результате в потоке заряженные частицы войдут в ионосферу примерно на одной скорости в одном плотном облаке. На экваторе направление полёта частиц (пусть это будут протоны ) совпадает с направлением силовых линий электрического поля. Протоны будут даже сначала ускоряться электрическим полем Земли, но эта сила будет уравновешена сопротивлением атмосферы, протоны, сталкиваясь с молекулами ионами водорода (такими же, как и они, протонами) и будут тормозиться. А вот протоны, движущиеся перпендикулярно и под большим углом в разрежённой ионосфере к силовым линиям электрического поля полярной зоне Земли создадут магнитное поле, в котором ионы в ионосфере начнут тормозиться относительно пролетающего мимо электрического поля облака протонов. Торможение это тоже движение с ускорением только в другую сторону, поэтому ионы ионосферы, как бы затормаживаются в магнитном поле пролетающего облака, а относительно атмосферы Земли ускоряются, такая вот теория относительности. Но и ионосфера своим относительным полем также тормозит протоны солнечного ветра, закручивая их траектории по Ларморову радиусу. Чем больше электрическое поле Земли, тем сильней взаимное взаимодействие магнитных и электрических полей ионосферы и пролетающего облака протонов.
Излучение ионов ионосферы называется тормозным, и оно захватывает весь видимый спектр от фиолетового до красного цвета, при этом цвета смешиваются и северные сияния сияют малиновыми, пурпурными и сиреневыми цветами. Тормозное излучение ионов и электронов очень легко отличить от монохромного линейного излучения атомов по спектру, поэтому не стоит слушать геофизиков и их сказки о красных линиях кислорода и синих линиях азота в спектре полярного сияния, их нет, можете проверить. Для кого интересно пишут эти сказки, ну посмотрите на полярное сияние через призмы Фраунгофера.
Чем меньше электрическое поле Земли, тем меньше становится электромагнитное взаимодействие на полюсах, тем меньше тормозятся протоны. Потоки протонов просто пролетают мимо сквозь атмосферу или что ещё хуже долетают до Земли, а сияние в верхних широтах перемещается в ультрафиолетовую зону с малой интенсивностью излучения. Таким образом, сияние в высоких широтах просто превращается в бледно голубое свечение кромки. В зоне максимальной концентрации электронов, там, где расположены серебристые облака, можно видеть сиреневые сполохи и тонкую красную кромку на горизонте. Зато начинает наблюдаться красно-малиновое сияние на широтах 50-60 градусов. Это обычно наблюдается при высокой мощности потока протонов, так как солнечный поток, проходящий сквозь сечение Земли, не растрачивает свою энергию магнитного поля (магнитное поле у потока протонов относительно Земли есть, он ведь заряженный положительно) на тормозное свечение в полярной шапке, а отдаёт её больше средним широтам. Магнитного поля у ионосферы Земли в сумме нет, если только разделить её на верхнюю и нижнюю часть. И это возможно только для наблюдателя в тропосфере на высоте магнитное поле компенсируется. Вообще - то на высоте низкоорбитальных полётов 300 км, снижение магнитного поля должно быть довольно ощутимым. А на геостационарной орбите оно должно быть близким к нулю, как это прошло незамеченным. Это только по официальной теории магнитное поле растёт с высотой, так как сгущаются силовые линии. А по факту и по моей классической практической теории оно должно убывать. И получается, что нет у Земли никакого радиационного пояса Ван Аллена. Вся радиация улавливается верхними слоями атмосферы - ионосферы. Ведь радиация поясов Ван Аллена это всего лишь протоны и электроны, из них получается водород. А из альфа - лучей гелий. Если быстро пролетать сквозь ионосферу то электроны снова станут бета - излучением, протоны и нейтроны – нейтронным проникающим излучением, ионы гелия альфа – частицами. Главное, чтобы до Земли не долетали на скорости. До этого учёные без классической теории относительности додуматься не могли