Magnetosfēra apņem jebkuru ķermeni ar magnētisko lauku. Šķiet, ka daļiņas ar lādiņiem iekšējā magnētisma ietekmē novirzās no sākotnējās kustības līnijas. Saules enerģijas un magnētiskā lauka satikšanās punkts veido plazmu, kas pārklāj magnetosfēras apvalku.
Saules ietekme uz Zemi
Saule izstaro lielu enerģijas daudzumu, kas nepārtraukti izplešas, "iztvaiko" uz āru. Šo izplešanos sauc par saules vēju.
Saules vējš izplatās visos virzienos, aizpildot visu starpplanētu telpu. Šī iemesla dēļ starpzvaigžņu reģionā veidojas plazmas veidojums, ko sauc par saules vēja plazmu.
Saules plazma pārvietojas pa spirāli, vidēji 4 dienu laikā pārvar intervālu starp Sauli un Zemi.
Saule atbrīvo enerģiju, pateicoties kurai uz Zemes turpinās dzīvība. Taču arī no Saules nāk bīstams starojums, kas ir postošs visām dzīvajām būtnēm uz mūsu planētas. Kad Zeme pārvietojas ap Sauli, starojums visu gadu tiek sadalīts nevienmērīgi. Šī iemesla dēļ gadalaiki mainās.
Kas aizsargā Zemi?
Planētas Zeme dabiskā struktūra pasargā to no kaitīga saules starojuma. Zemi ieskauj vairāki čaumalas:
- magnetosfēra, kas pasargā no saules plūsmas starojuma;
- jonosfēra, kas absorbē rentgena un ultravioleto starojumu;
- ozona slānis, kas aiztur atlikušo ultravioletā starojuma daudzumu.
Tā rezultātā Zemes biosfēra (dzīvo organismu dzīvotne) ir pilnībā aizsargāta.
Zemes magnetosfēra ir aizsargslānis, kas atrodas vistālāk no planētas centra. Tā ir barjera saules vēja plazmai. Šī iemesla dēļ Saules plazma plūst ap Zemi, veidojot dobumu, kurā ir paslēpts ģeomagnētiskais lauks.
Kāpēc ir magnētiskais lauks?
Zemes magnētisma cēloņi ir paslēpti planētas iekšienē. Kā zināms par planētas Zeme uzbūvi, tā sastāv no:
- kodoli;
- halāti;
- Zemes garoza.
Apkārt planētai ir dažādi lauki, tostarp gravitācijas un magnētiskie lauki. Gravitācija tās vienkāršākajā nozīmē ir Zemes pievilcība visām materiālajām daļiņām.
Zemes magnētisms slēpjas parādībās, kas notiek pie kodola un mantijas robežām. Pati planēta ir milzīgs magnēts, vienmērīgi magnetizēta bumbiņa.
Katra magnētiskā lauka cēlonis ir elektriskā strāva vai nepārtraukta magnetizācija. Zinātnieki, kas nodarbojas ar Zemes magnētisma problēmu, noskaidro:
- magnētiskie iemesliZemes gravitācija;
- izveidot savienojumus starp zemes magnētismu un tā avotiem;
- nosaka magnētiskā lauka sadalījumu un virzienu uz planētas.
Šie pētījumi tiek veikti, izmantojot magnētiskos apsekojumus, kā arī novērojumus observatorijās - īpašos punktos dažādos zemeslodes reģionos.
Kā darbojas magnetosfēra?
Tiek izstrādāts magnetosfēras veids un struktūra:
- saules vējš;
- zemes magnētisms.
Saules vējš ir plazmas izvade, kas tiek izplatīta no Saules jebkurā virzienā. Vēja ātrums pie zemes virsmas ir 300-800 km/s. Saules vējš ir piepildīts ar protoniem, elektroniem, alfa daļiņām un to raksturo kvazineitritāte. Saules vējš ir apveltīts ar saules magnētismu, ko plazma aiznes ļoti tālu.
Zemes magnetosfēra ir diezgan sarežģīts dobums. Visas tās sadaļas ir piepildītas ar plazmas procesiem, kuros liela nozīme ir daļiņu paātrinājuma mehānismiem. Saulainajā pusē attālumu no centra līdz Zemes robežām nosaka Saules vēja stiprums un tas var sasniegt no 60 līdz 70 tūkstošiem kilometru, kas ir vienāds ar 10-12 Zemes rādiusiem Re. Re ir 6371 km.
Magnetosfēras robežas ir atšķirīgas atkarībā no atrašanās vietas attiecībā pret Sauli. Līdzīga apmale saulainā pusē pēc formas ir līdzīga šāviņam. Tā aptuvenais attālums ir 15 Re. Tumšajā pusē magnetosfēra ir cilindriskas astes formā, tās rādiuss ir 20-25 Re, garums ir lielāks par 200 Re, gals nav zināms.
Magnetosfērāir zonas ar augstas enerģijas daļiņām, tās sauc par "radiācijas jostām". Magnetosfēra spēj ierosināt dažādas svārstības un pati par sevi ir starojuma avots, un daži no tiem var iekļūt Zemē.
Plazma noplūst Zemes magnetosfērā, izmantojot intervālus starp magnetopauzes pazīmēm - polārajiem uzgaļiem, kā arī hidromagnētisko parādību un nestabilitātes dēļ.
Magnētiskā lauka aktivitāte
Zemes magnetosfēra ietekmē ģeomagnētisko aktivitāti, ģeomagnētiskās vētras un apakšvētras.
Viņa aizsargā dzīvību uz Zemes. Bez viņas dzīve apstātos. Pēc zinātnieku domām, Marsa okeāni un tā atmosfēra ir nonākuši kosmosā saules vēja neslēptās ietekmes dēļ. Tādā pašā veidā Saules straume Venēras ūdeņus aiznesa kosmosā.
Jupiteram, Urānam, Saturnam un Neptūnam ir arī magnetosfēra. Marsam un dzīvsudrabam ir mazi magnētiskie apvalki. Venērai tā vispār nav, saules vējš tiek pārvaldīts, pateicoties jonosfērai.
Lauka funkcijas
Magnētiskā lauka galvenā īpašība ir tā intensitāte. Magnētiskā intensitāte ir vektora lielums. Planētas magnētiskais lauks ir attēlots, izmantojot spēka līnijas, pieskares tām parāda intensitātes vektora virzienu.
Magnētiskais lauks šodien ir 0,5 oersted jeb 0,1 a/m. Zinātnieki pieļauj lieluma svārstības pagātnē. Taču pēdējos 2–3,5 miljardus gadu ģeomagnētiskais lauks nav mainījies.
Punktus uz Zemes, kur spriedze ir vērsta vertikāli, sauc par magnētiskajiem poliem. Uz Zemes ir divi:
- Ziemeļi;
- Dienvidi.
Caur abiem poliem iet taisna līnija – magnētisko asi. Aplis, kas ir perpendikulārs asij, ir magnētiskais ekvators. Lauka stiprums pie ekvatora ir horizontāls.
Magnētiskie stabi
Magnētiskie stabi neatbilst parastajiem ģeogrāfiskajiem. Ģeogrāfiskie stabi ir novietoti gar ģeogrāfisko asi, pa kuru griežas planēta. Kad Zeme pārvietojas ap Sauli, Zemes ass virziens tiek saglabāts.
Kompasa adata norāda tieši uz magnētisko ziemeļpolu. Magnētiskās observatorijas mēra magnētiskā lauka svārstības dienas laikā, dažas no tām veic katru otro mērījumu.
Magnētiskie meridiāni stiepjas no Ziemeļpola līdz Dienvidpolam. Leņķi starp magnētisko un ģeogrāfisko meridiānu sauc par magnētisko deklināciju. Jebkuram Zemes punktam ir savs deklinācijas leņķis.
Pie ekvatora magnēta bultiņa ir novietota horizontāli. Virzoties uz ziemeļiem, bultas augšējais gals skrien uz leju. Leņķis starp rādītāju un horizontālo virsmu ir magnētiskais slīpums. Polu apvidū slīpums ir vislielākais un sasniedz 90 grādus.
Magnētiskā lauka kustība
Magnētisko polu atrašanās vieta laika gaitā mainās.
Sākotnēji magnētiskais pols tika atklāts 1831. gadā, un pēc tam tas atradās simtiem kilometru no pašreizējās atrašanās vietas. Aptuvenais brauciena attālums gadā ir 15 km.
Pēdējos gados magnētisko polu kustības temps ir palielinājies. Ziemeļpols kustasātrums 40 km gadā.
Magnētisko lauku maiņa
Polaritāšu maiņas procesu uz Zemes sauc par inversiju. Zinātniekiem ir zināmi vismaz 100 gadījumi, kad ģeomagnētiskais lauks mainīja polaritāti.
Tiek uzskatīts, ka inversija notiek reizi 11-12 tūkstošos gadu. Citas versijas sauc par 13, 500 un pat 780 tūkstošiem gadu. Varbūt inversijai nav skaidras periodiskuma. Zinātnieki uzskata, ka iepriekšējo inversiju laikā dzīvība uz Zemes tika saglabāta.
Cilvēki jautā: "Kad notiks nākamā polaritātes maiņa?"
Pagājušā gadsimta laikā ir notikusi polu maiņas fāze. Dienvidpols tagad atrodas Indijas okeānā, savukārt Ziemeļpols virzās pāri Ziemeļu Ledus okeānam uz Sibīriju. Magnētiskais lauks pie poliem šajā gadījumā vājinās. Spriedze mazinās.
Visticamāk, ar nākamo inversiju dzīvība uz Zemes turpināsies. Jautājums tikai par kādu cenu. Ja inversija notiek līdz ar magnetosfēras izzušanu uz Zemes uz neilgu laiku, tā var būt ļoti bīstama cilvēcei. Neaizsargāta planēta ir pakļauta kosmisko staru nelabvēlīgajai ietekmei. Turklāt nopietnas briesmas var radīt arī ozona slāņa noārdīšanās.
Saules polu maiņa, kas notika 2001. gadā, neizraisīja tās magnētiskā slāņa izslēgšanos. Vai uz Zemes būs līdzīgs scenārijs, zinātnieki nezina.
Zemes magnetosfēras traucējumi: ietekme uz cilvēkiem
Sākotnējā pieejā saules plazma nesasniedz magnetosfēru. Bet noteiktos apstākļostiek traucēta plazmas caurlaidība, tiek bojāts magnētiskais apvalks. Saules plazma un tās enerģija iekļūst magnetosfērā. Attiecībā uz enerģijas plūsmas ātrumu ir trīs iespējas magnetosfēras reakcijai:
- Kluss magnetosfēras stāvoklis - apvalks nemaina savu stāvokli, jo enerģijas kustības ātrums ir pārāk mazs vai vienāds ar izkliedētās enerģijas daudzumu magnētiskajā sfērā.
- Magnētiskā apakšvētra. Stāvoklis, kas rodas, ja ienākošās enerģijas ātrums ir lielāks par stacionārās izkliedes ātrumu, un daļa enerģijas izplūst no magnetosfēras caur kanālu, ko sauc par apakšvētru. Process sastāv no daļas magnetosfēras enerģijas atbrīvošanas. Tās spilgtākā personifikācija ir polārblāzma. Abu pusložu polārajos apgabalos ik pēc 3 stundām var rasties pārmērīgas enerģijas emisijas.
- Magnētiskā vētra ir spēcīga lauka traucējumu process, ko izraisa liels enerģijas ātrums, kas nāk no ārpuses. Magnētiskais lauks mainās arī zemāk, ekvatora apgabalā.
Zemes magnētiskais lauks vētru laikā mainās lokāli, savukārt vētras laikā izmaiņas ir globālas. Jebkurā gadījumā šīs izmaiņas nav lielākas par dažiem procentiem, kas ir daudz mazāk nekā cilvēka radītie lauki.
Medicīna uzskata, ka magnētiskās vētras nelabvēlīgi ietekmē cilvēku veselību. Šajā periodā palielinās to pacientu skaits, kuri cieš no sirds un asinsvadu patoloģijām, depresijas un citiem neiropsihiskiem traucējumiem.traucējumi.
Liela ir Zemes magnetosfēras loma visos planētas ģeogrāfiskajos procesos. Šis aizsargapvalks aizsargā mūsu planētu no daudziem nelabvēlīgiem procesiem un ietekmē laika apstākļus. Zemes magnetosfēras izmaiņu ietekmē mainās klimatiskie apstākļi, dzīvnieku un augu dzīves formas un daudz kas cits.
