Исследование не тему"Магнитное склонение"

Магнитное склонение
XV-XVI века – эпоха великих открытий мореплавателей. После открытия Америки внимание
Европы было устремлено за океан, а чем дальше в море уходили корабли, тем выше
становилась цена ошибки в навигации, и тем большее внимание стало уделяться
картированию магнитных склонений. Были разработаны специальные приборы,
облегчающие эту задачу. Явление стало массовым, и благодаря этому довольно быстро
удалось собрать значительное количество измерений. Измерения показывали, что в разных
местах компас по-разному отклоняется от направления на Полярную звезду, и в большинстве
случаев указывает не на нее. Наука конца XV – начала XVI века еще не «разгадала» явление
магнетизма и поэтому искала разные пути объяснить отклонение компаса от Севера.
Первая попытка «вычислить» магнитный полюс
В 1546-м году известный картограф Меркатор предпринял первую попытку «вычислить»
местоположение Северного полюса, нанеся на карту линии, соответствующие показаниям
компаса в разных точках. В 1546-м году известный
картограф Меркатор предпринял первую попытку
«вычислить» местоположение Северного полюса,
нанеся на карту линии, соответствующие
показаниям компаса в разных точках. Он полагал,
что эти линии должны пересечься в одной точке –
Полюсе. Попытка оказалась безуспешной, линии не
сошлись в одну точку, Полюс найти не удалось. Но
Меркатор не оставлял идею и искал другие подходы
к задаче. Спустя два с лишним десятка лет, в 1569-м
году он впервые опубликовал карту, на которой был
показан полюс, да еще как! Он изобразил
приполярные области в виде огромного материка,
разделенного четырьмя протоками, в центре, на полюсе, огромная чёрная гора, в отдалении,
за пределами полярного материка, еще одна гора, поменьше, а не некотором расстоянии от
нее маленькая точка. Еще один полюс. Первая гора обозначена как Северный полюс, вторая
– как «Polus magnetis respectu insularum capitis Viridis», а возле точки написано «Polus
magnetis respectu Corui insule». И пусть Меркатор поместил свой Магнитный полюс «между
Сибирью и Калифорнией», но сама идея разделить географический и магнитный полюса
вызывает уважение, а введение дополнительного магнитного полюса - восхищение. Какникак, это было в середине XVI века, когда еще была в
ходу теория «магнитной горы».
XVI век в истории изучения геомагнетизма ознаменован
не только картой Меркатора, но и открытием еще одной
характеристики магнитного поля – магнитного
наклонения. В 1576-м году английский физик Роберт
Норман, экспериментируя с плавающей в жидкости
магнитной иглой, заметил, что игла изменяет свое
положение не только в горизонтальной плоскости, но и
вертикальной. Т.е. к концу XVI века исследователи знали
о магнитном склонении, магнитном наклонении и о силах,
действующих между магнитами. До главного вывода о
причинах поведения магнитной стрелки оставалось рукой подать, и в 1600-м году это
наконец произошло.
Английский физик Уильям Гилберт опубликовал книгу «De Magnete. О магните, магнитных
телах и о великом магните - Земле», в которой высказал революционную мысль, о том, что
Земля сама по себе – большой магнит. Используя небольшую модель Земли, сделанную из
природного магнитного материала, Гилберт продемонстрировал, что ее свойства и поведение
вблизи нее магнитной стрелки в точности совпадают с тем, что наблюдают исследователи в
разных точках планеты. Гилберт отметил, что вблизи полюсов модели магнитная стрелка
занимает вертикальное положение и тем самым дал определение истинного магнитного
полюса.
Гилберт верил в то, что магнитный и географический полюса совпадают. На его модели
Земли они совпадали. Конечно, он знал о магнитном склонении, но объяснял его не
различными координатами полюсов, а тем, что в материках содержится больше магнитных
элементов, чем в океане.
Открытие Гилберта вызвало переворот в подходах к изучению земного магнетизма и
привлекло новых ученых к этой задаче. Возросшее количество измерений и данных о
магнитном склонении указывало на несостоятельность теории магнитного поля как
пары полюсов. Математик Леонард Эйлер попытался объяснить феномен магнитного
склонения «сдвинув» ось магнитного поля так, чтобы она проходила не через центр
Земли, но и этого оказалось недостаточно. Похоже, что нужно было больше полюсов.
Несколько полюсов?
В 1701-м году, известный астроном Эдмон Галлей
опубликовал первую карту магнитных склонений в
Атлантическом океане. В ходе многолетнего
плавания Галлей собирал и обобщал данные
измерений и убедился в замеченном ранее факте –
показания компаса в одних и тех же местах
меняются со временем, т.е. значение магнитного
склонения непостоянно. Пытаясь найти объяснение
этому явлению, он выдвинул теорию о том, что
существует два северных полюса и два южных.
Одну пару полюсов он поместил на поверхность
Земли, а вторую – на внутреннюю сферу,
находящуюся в 800-х километрах вглубь. Такая
модель позволила ему объяснить имеющиеся
данные о магнитном склонении, а характер их
изменений со временем объяснялась разными
скоростями смещения полюсов на внешней и
внутренней сферах.
Идея множественности магнитных полюсов получила развитие в начале XIX века. В 1819-м
году норвежский ученый Кристофер Ханстин опубликовал трактат «Исследования
магнетизма Земли», в котором обобщил все известные к тому времени данные об измерениях
и попытался построить математическую модель, которая объясняла бы имеющиеся данные.
По этой модели было видно, что одной пары полюсов недостаточно, нужна еще одна пара. В
дополнение к паре «первичных» полюсов расположенных на севере Канады и в восточной
части Антарктиды он ввел еще два полюса: в Сибири и в юго-восточной части Тихого
океана.
Математические модели магнитного поля
Идея Ханстина построить математическую модель магнитного поля Земли была подхвачена
Великим Гауссом. Будучи математиком, он решил не пытаться разобраться в устройстве
магнитного поля, а разработать исключительно эмпирическую модель, которая описывает
результаты измерений. В 1839-м году Гаусс опубликовал сразу две работы: «Напряженность
земной магнитной силы, приведенная к абсолютной мере» и «Общая теория земного
магнетизма», в которых представил как теоретическое обоснование метода измерения, так и
совершенно новую модель магнитного поля Земли, основанную на его методе сферического
гармонического анализа. Для этой модели не важно, сколько у Земли магнитных полюсов,
сами полюса не играют никакой роли при анализе. Существование двух магнитных полюсов,
по одному в каждом полушарии, являлось следствием анализа, а определялись полюса как
«область на поверхности Земли, в которой горизонтальная составляющая поля равна нулю, а
наклонение равно 90°». Тогда не все согласились с концепцией Гаусса, но сейчас его метод
сферического гармонического анализа является универсальным, как и его определение
магнитного полюса.
Построенная по модели Гаусса карта напряженности магнитного поля Земли показывает, что
версии о нескольких магнитных полюсах имели под собой почву, а Ханстин вообще попал в
точку с расположением своих дополнительных полюсов.
То, что они считали дополнительными полюсами сейчас называют крупнейшими
магнитными аномалиями. Восточно-Сибирская магнитная аномалия – область с
повышенным значением напряженности геомагнитного поля (по этому параметру
превосходит даже Северный полюс), а в Южно-Атлантической напряженность поля,
наоборот, самая низкая. Напряженность магнитного поля – только одна из его
характеристик, есть еще магнитное склонение и магнитное наклонение, а сама
напряженность раскладывается на составляющие – вертикальную и горизонтальную, которая
в свою очередь раскладывается на северную и восточную. Карта значений магнитного
склонения наглядно демонстрирует, что попытки «вычислить» Магнитный полюс по
показаниям компаса были обречены на неудачу, компас не показывает на Север.
Гаусс был прав в том, что не стал тратить время на разгадывание устройства магнитного
поля, геофизикам удалось это сделать только в следующем веке, когда были найдены
объяснения, почему магнитное поле Земли неоднородно и меняется с течением времени