สถาบันการสอนแห่งรัฐ LIPETSK

ภาควิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและทั่วไป

รายวิชาวิชาฟิสิกส์

การกำหนดองค์ประกอบแนวนอนของสนามแม่เหล็กโลก

เสร็จสิ้นโดยนักศึกษากลุ่ม สศค.-3

Kazantsev N.N.

รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์แปซิฟิก

กรีซอฟ ยู.วี.

ลีเปตสค์

2. สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นรูปแบบพิเศษของสสารซึ่งมีอันตรกิริยาเกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า

คุณสมบัติพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก:

สนามแม่เหล็กเกิดจากกระแสไฟฟ้า (ประจุเคลื่อนที่)

สนามแม่เหล็กถูกตรวจจับโดยผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้า (ประจุเคลื่อนที่)

สนามแม่เหล็กถูกค้นพบในปี 1820 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก H.C. เออร์สเตด.

สนามแม่เหล็กเป็นทิศทางและต้องมีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณเวกเตอร์ ปริมาณนี้มักจะแสดงด้วยตัวอักษร ใน - มันจะเป็นตรรกะโดยการเปรียบเทียบกับความแรงของสนามไฟฟ้า อี ชื่อ ใน ความแรงของสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์ จึงมีการเรียกคุณลักษณะความแรงหลักของสนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - ชื่อ "ความแรงของสนามแม่เหล็ก" ได้รับการกำหนดให้เป็นคุณลักษณะเสริม ดี สนามไฟฟ้า.

สนามแม่เหล็กไม่เหมือนกับสนามไฟฟ้าตรงที่ไม่ส่งผลต่อประจุที่อยู่นิ่ง แรงจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อประจุเคลื่อนที่

ดังนั้นประจุที่เคลื่อนที่ (กระแส) จะเปลี่ยนคุณสมบัติของพื้นที่โดยรอบ - พวกมันสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมา สิ่งนี้แสดงให้เห็นความจริงที่ว่าพลัง (กระแส) เคลื่อนตัวอยู่ในนั้น

ประสบการณ์ให้ อะไรคือความจริงสำหรับแม่เหล็กและไฟฟ้า? หลักการซ้อนทับ:

สนามใน ที่เกิดจากประจุเคลื่อนที่ (กระแส) หลายค่า เท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของสนามบี ฉัน สร้างโดยแต่ละค่าใช้จ่าย (ปัจจุบัน) แยกกัน:

ครั้งที่สอง ลักษณะทั่วไปของสนามแม่เหล็กโลก

โลกโดยรวมเป็นแม่เหล็กทรงกลมขนาดใหญ่ มนุษยชาติเริ่มใช้สนามแม่เหล็กของโลกเมื่อนานมาแล้ว เมื่อต้นศตวรรษที่ XII-XIII เข็มทิศเริ่มแพร่หลายในการนำทาง อย่างไรก็ตาม ในสมัยนั้นเชื่อกันว่าเข็มของเข็มทิศนั้นถูกกำหนดโดยดาวเหนือและแรงดึงดูดของมัน ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นครั้งแรกในปี 1600 โดยกิลเบิร์ต นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ

ณ จุดใดก็ตามในอวกาศรอบโลกและบนพื้นผิวโลก การกระทำของแรงแม่เหล็กจะถูกตรวจจับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นในอวกาศรอบโลก เส้นสนามดังแสดงในรูปที่ 1

ขั้วแม่เหล็กและขั้วทางภูมิศาสตร์ของโลกไม่ตรงกัน ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ เอ็น อยู่ในซีกโลกใต้ ใกล้ชายฝั่งแอนตาร์กติกา และขั้วแม่เหล็กใต้ ส ตั้งอยู่ในซีกโลกเหนือ ใกล้ชายฝั่งทางตอนเหนือของเกาะวิกตอเรีย (แคนาดา) ขั้วทั้งสองเคลื่อนที่ (ลอย) อย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวโลกด้วยความเร็วประมาณ 5 ต่อปี เนื่องจากความแปรปรวนของกระบวนการที่สร้างสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้แกนของสนามแม่เหล็กไม่ผ่านจุดศูนย์กลางของโลก แต่จะล้าหลังไป 430 กม. สนามแม่เหล็กโลกไม่สมมาตร เนื่องจากแกนของสนามแม่เหล็กเคลื่อนผ่านมุมเพียง 11.5 องศากับแกนการหมุนของดาวเคราะห์ เราจึงสามารถใช้เข็มทิศได้

ตามมุมมองสมัยใหม่ ส่วนหลักของสนามแม่เหล็กโลกนั้นมีต้นกำเนิดจากนอกโลก สนามแม่เหล็กของโลกถูกสร้างขึ้นโดยแกนกลางของมัน แกนโลกชั้นนอกเป็นของเหลวและเป็นโลหะ โลหะเป็นสารนำกระแสไฟฟ้า และหากมีกระแสคงที่ในแกนของเหลว กระแสไฟฟ้าที่สอดคล้องกันจะสร้างสนามแม่เหล็ก เนื่องจากการหมุนของโลก กระแสดังกล่าวจึงมีอยู่ในแกนกลางเพราะว่า สำหรับการประมาณค่าโลกนั้นเป็นไดโพลแม่เหล็ก กล่าวคือ แม่เหล็กชนิดหนึ่งที่มีสองขั้ว: ทิศใต้และทิศเหนือ

สนามแม่เหล็กส่วนเล็กๆ (ประมาณ 1%) มีต้นกำเนิดจากนอกโลก การปรากฏตัวของส่วนนี้มีสาเหตุมาจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลในชั้นนำไฟฟ้าของชั้นไอโอโนสเฟียร์และพื้นผิวโลก สนามแม่เหล็กโลกส่วนนี้อาจมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป เรียกว่าความแปรผันทางโลก ไม่ทราบสาเหตุของการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในรูปแบบทางโลก

ในสมมติฐานในอุดมคติและสมมุติฐานว่าโลกจะอยู่เพียงลำพังในอวกาศ เส้นสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์นั้นอยู่ในลักษณะเดียวกับเส้นสนามของแม่เหล็กธรรมดาจากหนังสือเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียน กล่าวคือ ในรูปของส่วนโค้งสมมาตรที่ทอดยาวจากขั้วใต้ไปทางทิศเหนือ ความหนาแน่นของเส้น (ความแรงของสนามแม่เหล็ก) จะลดลงตามระยะห่างจากดาวเคราะห์ ในความเป็นจริง สนามแม่เหล็กของโลกมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และกระแสอนุภาคที่มีประจุซึ่งปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ในปริมาณมาก หากอิทธิพลของดวงอาทิตย์เองและโดยเฉพาะอย่างยิ่งดาวเคราะห์ สามารถถูกละเลยเนื่องจากระยะห่างของพวกมันได้ ก็จะไม่สามารถทำได้ด้วยการไหลของอนุภาค ไม่เช่นนั้นจะเป็นลมสุริยะ ลมสุริยะเป็นกระแสอนุภาคที่พุ่งด้วยความเร็วประมาณ 500 กม./วินาที ซึ่งปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศสุริยะ ในช่วงเวลาที่เกิดเปลวสุริยะ เช่นเดียวกับในช่วงการก่อตัวของกลุ่มจุดดับดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่บนดวงอาทิตย์ จำนวนอิเล็กตรอนอิสระที่โจมตีชั้นบรรยากาศโลกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การรบกวนของกระแสที่ไหลในชั้นไอโอโนสเฟียร์ของโลกและด้วยเหตุนี้จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กของโลก พายุแม่เหล็กเกิดขึ้น กระแสดังกล่าวทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูงซึ่งมีอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กโลก ส่งผลให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนรูปอย่างมาก ด้วยสนามแม่เหล็ก โลกจึงกักเก็บอนุภาคลมสุริยะไว้ในแถบที่เรียกว่าแถบรังสี เพื่อป้องกันไม่ให้พวกมันผ่านเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งน้อยกว่าพื้นผิวมาก อนุภาคลมสุริยะจะเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดอย่างมาก เมื่อสนามดังกล่าวมีปฏิสัมพันธ์กัน ขอบเขตจะเกิดขึ้นที่ด้านหนึ่งซึ่งมีสนามแม่เหล็กของอนุภาคลมสุริยะถูกรบกวน (อาจมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากอิทธิพลภายนอก) และอีกด้านหนึ่งมีสนามแม่เหล็กถูกรบกวนของโลก ขอบเขตนี้ควรถือเป็นขอบเขตของอวกาศใกล้โลก ขอบเขตของแมกนีโตสเฟียร์ และชั้นบรรยากาศ นอกขอบเขตนี้ อิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอกมีอิทธิพลเหนือกว่า ในทิศทางของดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กของโลกจะแบนราบภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะ และขยายออกไปจนเหลือรัศมีเพียง 10 รัศมีของโลก ในทิศทางตรงกันข้าม มีการยืดตัวถึง 1,000 รัศมีโลก

สนามแม่เหล็กโลกส่วนใหญ่แสดงความผิดปกติในบริเวณต่างๆ ของพื้นผิวโลก เห็นได้ชัดว่าความผิดปกติเหล่านี้น่าจะเกิดจากการมีมวลเฟอร์โรแมกเนติกในเปลือกโลกหรือความแตกต่างในคุณสมบัติทางแม่เหล็กของหิน ดังนั้นการศึกษาความผิดปกติของสนามแม่เหล็กจึงมีความสำคัญในทางปฏิบัติในการศึกษาแร่ธาตุ

การมีอยู่ของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดๆ บนโลกสามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้เข็มแม่เหล็ก หากแขวนเข็มแม่เหล็ก เอ็นเอส บนเธรด ล (รูปที่ 2) เพื่อให้จุดระงับเกิดขึ้นพร้อมกับจุดศูนย์ถ่วงของลูกศร จากนั้นจึงติดตั้งลูกศรในทิศทางสัมผัสกันกับแนวแรงของสนามแม่เหล็กโลก

ในซีกโลกเหนือ - ทางใต้สุดจะเอียงไปทางโลกและลูกศรจะเรียงเป็นแนวกับเส้นขอบฟ้า มุมเอียงถาม (ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กความเอียง ถาม เท่ากับศูนย์) ระนาบแนวตั้งที่มีลูกศรอยู่เรียกว่าระนาบของเส้นลมปราณแม่เหล็ก ระนาบของเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กทั้งหมดตัดกันเป็นเส้นตรง เอ็นเอส และร่องรอยของเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกมาบรรจบกันที่ขั้วแม่เหล็ก เอ็น และ ส - เนื่องจากขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับขั้วทางภูมิศาสตร์ เข็มจึงเบี่ยงเบนไปจากเส้นลมปราณทางภูมิศาสตร์ มุมที่เกิดจากระนาบแนวตั้งที่ผ่านลูกศร (เช่น เส้นลมปราณแม่เหล็ก) กับเส้นลมปราณทางภูมิศาสตร์เรียกว่า การปฏิเสธแม่เหล็ก ก(รูปที่ 2) เวกเตอร์

สนามแม่เหล็กแรงของโลกสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: แนวนอนและแนวตั้ง (รูปที่ 3) ค่าของมุมเอียงและมุมเอียงตลอดจนองค์ประกอบแนวนอนทำให้สามารถกำหนดขนาดและทิศทางของความแรงรวมของสนามแม่เหล็กโลก ณ จุดที่กำหนดได้ หากเข็มแม่เหล็กสามารถหมุนได้อย่างอิสระรอบแกนแนวตั้งเท่านั้น เข็มนั้นจะถูกวางตำแหน่งภายใต้อิทธิพลขององค์ประกอบแนวนอนของสนามแม่เหล็กของโลกในระนาบของเส้นลมปราณแม่เหล็ก ส่วนประกอบแนวนอน การปฏิเสธแม่เหล็ก ก และอารมณ์ ถาม เรียกว่าองค์ประกอบของแม่เหล็กโลก องค์ประกอบทั้งหมดของแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

มาทำความเข้าใจกันว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร ท้ายที่สุดแล้ว หลายๆ คนอาศัยอยู่ในสาขานี้มาทั้งชีวิตและไม่ได้คิดถึงเรื่องนี้ด้วยซ้ำ ถึงเวลาแก้ไขแล้ว!

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก- เรื่องประเภทพิเศษ มันแสดงออกมาในการดำเนินการกับประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่และวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กของตัวเอง (แม่เหล็กถาวร)

ข้อสำคัญ: สนามแม่เหล็กไม่ส่งผลต่อประจุที่อยู่นิ่ง! สนามแม่เหล็กยังถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้า หรือโดยสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา หรือโดยโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอม นั่นคือลวดใด ๆ ที่กระแสไหลผ่านก็กลายเป็นแม่เหล็กด้วย!

วัตถุที่มีสนามแม่เหล็กในตัวเอง

แม่เหล็กมีขั้วที่เรียกว่าทิศเหนือและทิศใต้ การกำหนด "เหนือ" และ "ใต้" มีไว้เพื่อความสะดวกเท่านั้น (เช่น "บวก" และ "ลบ" ในด้านไฟฟ้า)

สนามแม่เหล็กแสดงด้วย สายไฟแม่เหล็ก- เส้นแรงมีความต่อเนื่องและปิด และทิศทางของพวกมันจะสอดคล้องกับทิศทางการกระทำของแรงสนามเสมอ หากเศษโลหะกระจัดกระจายรอบๆ แม่เหล็กถาวร อนุภาคโลหะจะแสดงภาพที่ชัดเจนของเส้นสนามแม่เหล็กที่ออกมาจากขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ ลักษณะกราฟิกของสนามแม่เหล็ก - เส้นแรง

ลักษณะของสนามแม่เหล็ก

ลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็กคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็กและ การซึมผ่านของแม่เหล็ก- แต่มาพูดถึงทุกสิ่งตามลำดับ

ให้เราทราบทันทีว่าหน่วยการวัดทั้งหมดถูกกำหนดไว้ในระบบ เอสไอ.

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บี – ปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแรงหลักของสนามแม่เหล็ก แสดงด้วยจดหมาย บี - หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก – เทสลา (ท).

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กแสดงให้เห็นว่าสนามแรงแค่ไหนโดยการพิจารณาแรงที่สนามกระทำต่อประจุ พลังนี้เรียกว่า ลอเรนซ์ ฟอร์ซ.

ที่นี่ ถาม - ค่าใช้จ่าย, โวลต์ - ความเร็วในสนามแม่เหล็ก บี - การเหนี่ยวนำ เอฟ - แรงลอเรนซ์ซึ่งสนามกระทำต่อประจุ

เอฟ– ปริมาณทางกายภาพเท่ากับผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยพื้นที่ของวงจรและโคไซน์ระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและค่าปกติกับระนาบของวงจรที่ฟลักซ์ผ่าน ฟลักซ์แม่เหล็กเป็นลักษณะสเกลาร์ของสนามแม่เหล็ก

เราสามารถพูดได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กแสดงลักษณะของจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่หน่วย ฟลักซ์แม่เหล็กวัดได้ใน เวเบอร์ัค (Wb).

การซึมผ่านของแม่เหล็ก– ค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง พารามิเตอร์ตัวหนึ่งที่ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามคือการซึมผ่านของแม่เหล็ก

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่มาเป็นเวลาหลายพันล้านปี การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับพิกัด ที่เส้นศูนย์สูตรมีค่าประมาณ 3.1 คูณ 10 ยกกำลังลบห้าของ Tesla นอกจากนี้ยังมีความผิดปกติของสนามแม่เหล็กซึ่งค่าและทิศทางของสนามแตกต่างอย่างมากจากพื้นที่ใกล้เคียง ความผิดปกติของแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลกบางส่วน - เคิร์สต์และ ความผิดปกติของสนามแม่เหล็กของบราซิล.

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ สันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าคือแกนกลางโลหะเหลวของโลก แกนกลางกำลังเคลื่อนที่ ซึ่งหมายความว่าโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลหลอมเหลวกำลังเคลื่อนที่ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุคือกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก ปัญหาคือว่าทฤษฎีนี้ ( จีโอไดนาโม) ไม่ได้อธิบายว่าสนามจะมีเสถียรภาพได้อย่างไร

โลกเป็นไดโพลแม่เหล็กขนาดใหญ่ขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับขั้วทางภูมิศาสตร์แม้ว่าจะอยู่ใกล้กันก็ตาม นอกจากนี้ขั้วแม่เหล็กของโลกยังเคลื่อนที่อีกด้วย การกระจัดของพวกเขาได้รับการบันทึกตั้งแต่ปี พ.ศ. 2428 ตัวอย่างเช่น ในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา ขั้วแม่เหล็กในซีกโลกใต้ได้เคลื่อนตัวไปเกือบ 900 กิโลเมตร และปัจจุบันตั้งอยู่ในมหาสมุทรใต้ ขั้วของซีกโลกอาร์กติกกำลังเคลื่อนที่ผ่านมหาสมุทรอาร์กติกไปยังความผิดปกติของสนามแม่เหล็กไซบีเรียตะวันออก ความเร็วในการเคลื่อนที่ (ตามข้อมูลปี 2547) อยู่ที่ประมาณ 60 กิโลเมตรต่อปี ขณะนี้มีการเร่งความเร็วในการเคลื่อนที่ของเสา - โดยเฉลี่ยความเร็วเพิ่มขึ้น 3 กิโลเมตรต่อปี

สนามแม่เหล็กโลกมีความสำคัญต่อเราอย่างไร?ประการแรก สนามแม่เหล็กของโลกช่วยปกป้องโลกจากรังสีคอสมิกและลมสุริยะ อนุภาคที่มีประจุจากห้วงอวกาศจะไม่ตกลงสู่พื้นโดยตรง แต่จะถูกเบี่ยงเบนโดยแม่เหล็กขนาดยักษ์และเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงของมัน ดังนั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงได้รับการปกป้องจากรังสีที่เป็นอันตราย

มีเหตุการณ์หลายอย่างเกิดขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ของโลก การผกผัน(การเปลี่ยนแปลง) ของขั้วแม่เหล็ก การกลับขั้ว- นี่คือตอนที่พวกเขาเปลี่ยนสถานที่ ครั้งสุดท้ายที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นคือประมาณ 800,000 ปีก่อนและมีการผกผันทางภูมิศาสตร์มากกว่า 400 ครั้งในประวัติศาสตร์ของโลก นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าเมื่อพิจารณาความเร่งที่สังเกตได้ของการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็กแล้วขั้วถัดไป คาดว่าจะมีการผกผันในอีกสองสามพันปีข้างหน้า

โชคดีที่ยังไม่คาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงขั้วโลกในศตวรรษของเรา ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถคิดถึงสิ่งที่น่ารื่นรมย์และเพลิดเพลินกับชีวิตในสนามคงที่เก่าที่ดีของโลก โดยพิจารณาถึงคุณสมบัติพื้นฐานและลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กแล้ว และเพื่อให้คุณสามารถทำเช่นนี้ได้จึงมีผู้เขียนของเราซึ่งคุณสามารถไว้วางใจปัญหาทางการศึกษาบางอย่างได้อย่างมั่นใจ! และงานประเภทอื่นๆสามารถสั่งซื้อได้ตามลิงค์ครับ

มนุษย์รู้จักปรากฏการณ์เช่นแม่เหล็กมาเป็นเวลานานแล้ว ได้ชื่อมาจากเมือง Magnetia ซึ่งตั้งอยู่ในเอเชียไมเนอร์ ที่นั่นมีการค้นพบแร่เหล็กจำนวนมหาศาล เราสามารถพบการกล่าวถึงสิ่งที่ไม่เหมือนใครเป็นครั้งแรกในผลงานของ Titus Lucretius Cara ผู้เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในบทกวี "On the Nature of Things" ประมาณศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช

ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนพบว่ามีการใช้คุณสมบัติเฉพาะตัวของแร่เหล็ก หนึ่งในอุปกรณ์ทั่วไปที่มีการกระทำตามแรงดึงดูดของโลหะคือเข็มทิศ ตอนนี้เป็นเรื่องยากมากที่จะจินตนาการถึงอุตสาหกรรมต่างๆ ที่จะไม่ใช้แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้าธรรมดาๆ

สนามแม่เหล็กของโลกเป็นพื้นที่รอบโลกที่ปกป้องมันจากอันตรายของรังสีกัมมันตภาพรังสี นักวิทยาศาสตร์ยังคงโต้แย้งเกี่ยวกับที่มาของสนามแม่เหล็กนี้ แต่ส่วนใหญ่เชื่อว่ามันเกิดขึ้นเนื่องจากศูนย์กลางของโลกของเรามีส่วนประกอบภายนอกที่เป็นของเหลวและภายในที่เป็นของแข็ง ในระหว่างการหมุน ส่วนที่เป็นของเหลวของแกนกลางจะเคลื่อนที่ อนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุจะเคลื่อนที่ และเกิดสิ่งที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กขึ้น

สนามแม่เหล็กของโลกเรียกอีกอย่างว่าสนามแม่เหล็ก แนวคิดเรื่อง "แม่เหล็ก" เป็นสมบัติทางธรรมชาติที่ครอบคลุมและเป็นสากล ในขณะนี้ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และโลกที่สมบูรณ์อย่างสมบูรณ์ แต่วิทยาศาสตร์กำลังพยายามที่จะเข้าใจหลายสิ่งหลายอย่างแล้ว และก็สามารถให้คำอธิบายที่ค่อนข้างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับแง่มุมต่างๆ ของปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนนี้

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์และประชาชนทั่วไปมีความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กของโลกกำลังค่อยๆ ลดอิทธิพลลง ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้วว่าในช่วง 170 ปีที่ผ่านมา สนามแม่เหล็กอ่อนลงอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ทำให้คุณคิดเนื่องจากเป็นเกราะบางประเภทที่ปกป้องโลกและสัตว์ป่าจากผลกระทบจากรังสีอันเลวร้ายของรังสีดวงอาทิตย์ ต้านทานการไหลของอนุภาคทั้งหมดที่บินไปทางเสา กระแสน้ำทั้งหมดนี้ยังคงอยู่ในชั้นบนของชั้นบรรยากาศบริเวณขั้วโลก ทำให้เกิดปรากฏการณ์มหัศจรรย์ นั่นคือแสงเหนือ

หากสนามแม่เหล็กโลกหายไปหรืออ่อนลงอย่างมีนัยสำคัญ ทุกสิ่งบนโลกจะอยู่ภายใต้อิทธิพลโดยตรงของรังสีคอสมิกและแสงอาทิตย์ ในทางกลับกันจะนำไปสู่โรคจากรังสีและความเสียหายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ผลที่ตามมาของภัยพิบัติดังกล่าวคือการกลายพันธุ์ที่ร้ายแรงหรือการเสียชีวิตโดยสิ้นเชิง เพื่อความโล่งใจอย่างยิ่งของเรา การพัฒนาดังกล่าวไม่น่าเป็นไปได้

นักบรรพชีวินวิทยาสามารถให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้พอสมควรว่าสนามแม่เหล็กมีการสั่นอยู่ตลอดเวลา และระยะเวลาของการสั่นดังกล่าวจะแตกต่างกันไป พวกเขายังรวบรวมเส้นโค้งโดยประมาณของความผันผวนของสนามแม่เหล็กและพบว่าขณะนี้สนามอยู่ในตำแหน่งจากมากไปน้อยและจะลดลงต่อไปอีกสองสามพันปี จากนั้นจะเริ่มเข้มข้นขึ้นอีกครั้งตลอดระยะเวลา 4 พันปี ค่าแรงดึงดูดสนามแม่เหล็กสูงสุดสุดท้ายเกิดขึ้นเมื่อต้นยุคปัจจุบัน สาเหตุของความไม่แน่นอนดังกล่าวได้รับการหยิบยกมาหลายวิธี แต่ไม่มีทฤษฎีเฉพาะในเรื่องนี้

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าสนามแม่เหล็กหลายแห่งมีผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น การทดลองกับสัตว์แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กภายนอกสามารถชะลอการพัฒนา ชะลอการเติบโตของเซลล์ และแม้กระทั่งเปลี่ยนองค์ประกอบของเลือด นั่นคือสาเหตุที่ทำให้สุขภาพของผู้ที่ต้องพึ่งพาสภาพอากาศแย่ลง

สำหรับมนุษย์ สนามแม่เหล็กที่ปลอดภัยของโลกคือสนามที่มีค่าความแรงไม่เกิน 700 แรงสั่นสะเทือน เป็นที่น่าสังเกตว่าเราไม่ได้พูดถึงสนามแม่เหล็กของโลก แต่เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของวิทยุและอุปกรณ์ไฟฟ้าใด ๆ

ด้านกายภาพของกระบวนการที่อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลกที่มีต่อมนุษย์ยังไม่ชัดเจนนัก แต่เราพบว่ามันส่งผลกระทบต่อพืช: การงอกและการเจริญเติบโตของเมล็ดโดยตรงขึ้นอยู่กับการวางแนวเริ่มต้นที่สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงสามารถเร่งหรือชะลอการพัฒนาของพืชได้ เป็นไปได้ว่าสักวันหนึ่งทรัพย์สินนี้จะถูกนำมาใช้ในการเกษตร

โลกคือพลังแห่งแรงโน้มถ่วงของมัน แตกต่างกันไปในบางสถานที่แต่ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 0.5 oersted ในบางสถานที่ (ในสิ่งที่เรียกว่าความตึงเครียดเพิ่มขึ้นเป็น 2E

ในปี 1905 ไอน์สไตน์ได้ตั้งชื่อสาเหตุของแม่เหล็กโลกให้เป็นหนึ่งในห้าปริศนาหลักของฟิสิกส์ร่วมสมัย

นอกจากนี้ในปี 1905 นักธรณีฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Bernard Brunhes ได้ทำการตรวจวัดสนามแม่เหล็กของแหล่งสะสมลาวา Pleistocene ในเขตทางตอนใต้ของ Cantal เวกเตอร์การทำให้เป็นแม่เหล็กของหินเหล่านี้มีมุมเกือบ 180 องศากับเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ (พี. เดวิดเพื่อนร่วมชาติของเขาได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายกันแม้หนึ่งปีก่อนหน้านี้) บรูนห์สสรุปว่าเมื่อสามในสี่ของล้านปีก่อน ระหว่างที่ลาวาไหลออกมา ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กโลกนั้นตรงกันข้ามกับเส้นสนามแม่เหล็กสมัยใหม่ นี่คือวิธีที่ค้นพบผลกระทบของการผกผัน (การกลับขั้ว) ของสนามแม่เหล็กโลก ในช่วงครึ่งหลังของคริสต์ทศวรรษ 1920 ข้อสรุปของบรูเนสได้รับการยืนยันโดย P. L. Mercanton และ Monotori Matuyama แต่แนวคิดเหล่านี้ได้รับการยอมรับภายในกลางศตวรรษเท่านั้น

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าสนามแม่เหล็กโลกมีอยู่อย่างน้อย 3.5 พันล้านปี และในช่วงเวลานี้ ขั้วแม่เหล็กมีการสลับตำแหน่งหลายพันครั้ง (Brunhes และ Matuyama ศึกษาการกลับตัวครั้งล่าสุด ซึ่งปัจจุบันมีชื่อเป็นของตัวเอง) บางครั้งสนามแม่เหล็กโลกจะคงทิศทางของมันไว้เป็นเวลาหลายสิบล้านปี และบางครั้งก็ไม่เกินห้าร้อยศตวรรษ กระบวนการผกผันนั้นมักจะใช้เวลาหลายพันปี และเมื่อเสร็จสิ้นแล้ว ความแรงของสนามแม่เหล็กจะไม่กลับไปสู่ค่าก่อนหน้า แต่จะเปลี่ยนแปลงไปหลายเปอร์เซ็นต์

กลไกของการผกผันของสนามแม่เหล็กโลกยังไม่ชัดเจนนักจนถึงทุกวันนี้ และแม้แต่เมื่อร้อยปีก่อนก็ไม่อนุญาตให้มีคำอธิบายที่สมเหตุสมผลเลย ดังนั้นการค้นพบของบรูนเฮสและเดวิดเพียงเสริมการประเมินของไอน์สไตน์เท่านั้น - แท้จริงแล้วสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินนั้นลึกลับอย่างยิ่งและไม่สามารถเข้าใจได้ แต่เมื่อถึงเวลานั้นก็มีการศึกษามานานกว่าสามร้อยปีแล้ว และในศตวรรษที่ 19 ก็มีการศึกษาโดยดาราแห่งวิทยาศาสตร์ยุโรปเช่นนักเดินทางผู้ยิ่งใหญ่ Alexander von Humboldt นักคณิตศาสตร์ผู้ชาญฉลาด Carl Friedrich Gauss และนักฟิสิกส์ทดลองผู้ชาญฉลาด Wilhelm Weber ไอน์สไตน์จึงมองไปยังรากเหง้าอย่างแท้จริง

คุณคิดว่าโลกของเรามีขั้วแม่เหล็กกี่ขั้ว? เกือบทุกคนจะบอกว่ามีสองแห่งอยู่ในอาร์กติกและแอนตาร์กติก ที่จริงแล้วคำตอบขึ้นอยู่กับคำจำกัดความของแนวคิดเรื่องโพล เสาทางภูมิศาสตร์ถือเป็นจุดตัดของแกนโลกกับพื้นผิวของดาวเคราะห์ เนื่องจากโลกหมุนเป็นวัตถุแข็งเกร็ง จึงมีเพียงสองจุดเท่านั้นและไม่สามารถคิดถึงสิ่งอื่นได้อีก แต่ด้วยขั้วแม่เหล็กสถานการณ์จะซับซ้อนกว่ามาก ตัวอย่างเช่น ขั้วสามารถถือเป็นพื้นที่เล็กๆ (ถ้าจะให้ดีก็คือจุดหนึ่ง) ซึ่งเส้นแรงแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวโลก อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดสนามแม่เหล็กใด ๆ ไม่เพียงบันทึกสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์เท่านั้น แต่ยังบันทึกสนามของหินในท้องถิ่น กระแสไฟฟ้าไอโอโนสเฟียร์ อนุภาคลมสุริยะ และแหล่งกำเนิดแม่เหล็กเพิ่มเติมอื่น ๆ (และส่วนแบ่งเฉลี่ยไม่เล็กนัก ตามลำดับหลายเปอร์เซ็นต์) . ยิ่งอุปกรณ์มีความแม่นยำมากเท่าใดก็ยิ่งทำได้ดีขึ้นเท่านั้น - และทำให้การแยกสนามแม่เหล็กโลกที่แท้จริงยากขึ้น (เรียกว่าสนามแม่เหล็กหลัก) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดที่ตั้งอยู่ในส่วนลึกของโลก ดังนั้นพิกัดเชิงขั้วที่กำหนดโดยการวัดโดยตรงจึงไม่เสถียรแม้ในช่วงเวลาสั้นๆ

คุณสามารถดำเนินการแตกต่างออกไปและกำหนดตำแหน่งของเสาบนพื้นฐานของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินบางรุ่น ในการประมาณครั้งแรก ดาวเคราะห์ของเราถือได้ว่าเป็นไดโพลแม่เหล็กที่มีจุดศูนย์กลางศูนย์กลางโลก ซึ่งมีแกนที่ผ่านศูนย์กลางของมัน ปัจจุบันมุมระหว่างมันกับแกนโลกอยู่ที่ 10 องศา (เมื่อหลายสิบปีก่อนมันมากกว่า 11 องศา) ด้วยการสร้างแบบจำลองที่แม่นยำยิ่งขึ้น ปรากฎว่าแกนไดโพลถูกเลื่อนสัมพันธ์กับศูนย์กลางของโลกไปทางตะวันตกเฉียงเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิกประมาณ 540 กม. (นี่คือไดโพลประหลาด) มีคำจำกัดความอื่น ๆ

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด ที่จริงแล้วสนามแม่เหล็กของโลกไม่มีความสมมาตรแบบไดโพล จึงมีหลายขั้วและมีจำนวนมาก หากเราถือว่าโลกเป็นสี่ขั้วแม่เหล็ก หรือสี่ขั้ว เราจะต้องเพิ่มขั้วอีกสองขั้ว - ในมาเลเซียและทางตอนใต้ของมหาสมุทรแอตแลนติก รุ่นแปดขั้วระบุขั้วแม่เหล็กแปดขั้ว ฯลฯ รุ่นที่ทันสมัยที่สุดของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินที่ล้ำหน้าที่สุดใช้งานได้กับขั้วแม่เหล็กมากถึง 168 ขั้ว เป็นที่น่าสังเกตว่าในระหว่างการผกผัน เฉพาะส่วนประกอบไดโพลของสนามแม่เหล็กโลกเท่านั้นที่หายไปชั่วคราว ในขณะที่ส่วนประกอบอื่นๆ เปลี่ยนแปลงน้อยกว่ามาก

เสากลับด้าน

หลายคนรู้ดีว่าชื่อเสาที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปนั้นตรงกันข้ามทุกประการ ในอาร์กติกมีขั้วหนึ่งซึ่งปลายด้านเหนือของเข็มแม่เหล็กชี้ - ดังนั้นจึงควรพิจารณาว่าเป็นทิศใต้ (เหมือนขั้วผลักกัน ขั้วตรงข้ามจะดึงดูด!) ในทำนองเดียวกัน ขั้วแม่เหล็กเหนือก็ตั้งอยู่ที่ละติจูดสูงในซีกโลกใต้ อย่างไรก็ตาม ตามธรรมเนียมแล้วเราจะตั้งชื่อเสาตามภูมิศาสตร์ นักฟิสิกส์เห็นพ้องกันมานานแล้วว่าเส้นแรงออกมาจากขั้วเหนือของแม่เหล็กใดๆ แล้วเข้าสู่ทิศใต้ ตามมาด้วยเส้นแม่เหล็กของโลกออกจากขั้วแม่เหล็กโลกใต้และถูกดึงไปทางทิศเหนือ นี่คือแบบแผน และคุณไม่ควรละเมิด (ถึงเวลาที่ต้องจดจำประสบการณ์อันน่าเศร้าของ Panikovsky!)

ขั้วแม่เหล็กไม่ว่าคุณจะให้นิยามอย่างไร ขั้วแม่เหล็กก็ไม่สามารถหยุดนิ่งได้ ขั้วโลกเหนือของไดโพลศูนย์กลางทางภูมิศาสตร์มีพิกัด 79.5 N และ 71.6 W ในปี พ.ศ. 2543 และ 80.0 N และ 72.0 W ในปี พ.ศ. 2553 ขั้วโลกเหนือที่แท้จริง (ที่เปิดเผยโดยการตรวจวัดทางกายภาพ) ได้เปลี่ยนตั้งแต่ปี พ.ศ. 2543 จาก 81.0 N และ 109.7 W เป็น 85.2 N และ 127.1 W. เกือบตลอดศตวรรษที่ 20 มันทำได้ไม่เกิน 10 กม. ต่อปี แต่หลังจากปี 1980 ทันใดนั้นก็เริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้นมาก ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ความเร็วเกิน 15 กม. ต่อปีและยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง

ดังที่ Lawrence Newitt อดีตหัวหน้าห้องปฏิบัติการธรณีแม่เหล็กของ Canadian Geological Research Service กล่าวกับ Popular Mechanics ว่า ขั้วที่แท้จริงกำลังอพยพไปทางตะวันตกเฉียงเหนือ โดยเคลื่อนตัวเป็นระยะทาง 50 กม. ต่อปี หากเวกเตอร์ของการเคลื่อนที่ไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลาหลายทศวรรษ ภายในกลางศตวรรษที่ 21 มันก็จะจบลงที่ไซบีเรีย ตามการบูรณะใหม่เมื่อหลายปีก่อนโดยนิวิตต์คนเดียวกัน ในศตวรรษที่ 17 และ 18 ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือส่วนใหญ่เคลื่อนไปทางตะวันออกเฉียงใต้ และหันไปทางตะวันตกเฉียงเหนือเพียงประมาณปี 1860 เท่านั้น ขั้วแม่เหล็กใต้ที่แท้จริงเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันในช่วง 300 ปีที่ผ่านมา และการกระจัดเฉลี่ยต่อปีไม่เกิน 10–15 กม.

สนามแม่เหล็กของโลกมาจากไหน? คำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการจ้องมอง โลกมีแกนเหล็ก-นิกเกิลแข็งชั้นใน ซึ่งมีรัศมี 1,220 กม. เนื่องจากโลหะเหล่านี้เป็นเฟอร์โรแมกเนติก ทำไมไม่คิดว่าแกนด้านในมีการดึงดูดแม่เหล็กคงที่ ซึ่งจะทำให้มั่นใจว่ามีสนามแม่เหล็กโลกอยู่ ความเป็นหลายขั้วของสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินอาจเนื่องมาจากความไม่สมดุลของการกระจายตัวของโดเมนแม่เหล็กภายในแกนกลาง การเคลื่อนตัวของขั้วและการกลับตัวของสนามแม่เหล็กโลกนั้นอธิบายได้ยากกว่า แต่เราอาจลองได้

อย่างไรก็ตามไม่มีอะไรเกิดขึ้น เฟอร์โรแมกเนติกทั้งหมดยังคงเป็นเฟอร์โรแมกเนติก (กล่าวคือ พวกมันคงสภาพแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเอง) ไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดคูรีเท่านั้น สำหรับเหล็กจะมีอุณหภูมิ 768°C (สำหรับนิกเกิลจะต่ำกว่ามาก) และอุณหภูมิของแกนโลกชั้นในของโลกสูงกว่า 5,000 องศาอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นเราจึงต้องแยกส่วนกับสมมติฐานของภูมิแม่เหล็กคงที่ อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์ที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกจะเย็นลงอยู่ในอวกาศ

ลองพิจารณาความเป็นไปได้อื่น โลกของเรามีแกนโลกชั้นนอกที่เป็นของเหลวหนาประมาณ 2,300 กิโลเมตร ประกอบด้วยเหล็กและนิกเกิลละลายโดยมีส่วนผสมของธาตุที่เบากว่า (ซัลเฟอร์ คาร์บอน ออกซิเจน และอาจเป็นโพแทสเซียมกัมมันตภาพรังสี - ไม่มีใครรู้แน่ชัด) อุณหภูมิของแกนโลกตอนล่างเกือบจะตรงกับอุณหภูมิของแกนโลกชั้นใน และอุณหภูมิของแกนโลกตอนบนจะลดลงเหลือ 4,400°C ดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นธรรมชาติที่จะสรุปได้ว่าเนื่องจากการหมุนของโลก กระแสน้ำแบบวงกลมจึงเกิดขึ้นที่นั่น ซึ่งอาจเป็นสาเหตุของการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโลก

ไดนาโมแบบพาความร้อน

“เพื่ออธิบายลักษณะของสนามโปลอยด์ จำเป็นต้องคำนึงถึงการไหลในแนวดิ่งของสสารในนิวเคลียสด้วย พวกมันถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการพาความร้อน: เหล็ก-นิกเกิลที่ร้อนละลายจะลอยขึ้นมาจากส่วนล่างของแกนกลางไปยังเนื้อโลก เครื่องบินไอพ่นเหล่านี้ถูกบิดด้วยแรงโบลิทาร์เหมือนกับกระแสอากาศของพายุไซโคลน ในซีกโลกเหนือ ลมพัดจะหมุนตามเข็มนาฬิกา ในขณะที่ในซีกโลกใต้จะหมุนทวนเข็มนาฬิกา Gary Glatzmeier ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อธิบาย - เมื่อเข้าใกล้เนื้อโลก วัสดุแกนกลางจะเย็นลงและเริ่มเคลื่อนกลับเข้าด้านใน สนามแม่เหล็กของกระแสขึ้นและลงจะหักล้างกัน ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงไม่ถูกสร้างขึ้นในแนวตั้ง แต่ในส่วนบนของไอพ่นการพาความร้อน ซึ่งก่อตัวเป็นวงและเคลื่อนที่ในแนวนอนในช่วงเวลาสั้นๆ สถานการณ์จะแตกต่างออกไป ในซีกโลกเหนือ เส้นสนามซึ่งหันหน้าไปทางทิศตะวันตกก่อนที่จะมีการหมุนเวียนขึ้น จะหมุนตามเข็มนาฬิกา 90 องศา และหันไปทางทิศเหนือ ในซีกโลกใต้ พวกมันจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาจากทิศตะวันออกและมุ่งหน้าไปทางเหนือด้วย เป็นผลให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นในซีกโลกทั้งสองโดยชี้จากใต้ไปเหนือ แม้ว่านี่จะไม่ใช่คำอธิบายเดียวที่เป็นไปได้สำหรับการเกิดขึ้นของสนามโปโลลอยด์ แต่ก็ถือว่าเป็นไปได้มากที่สุด”

นี่เป็นโครงการที่นักธรณีฟิสิกส์พูดคุยกันเมื่อ 80 ปีที่แล้ว พวกเขาเชื่อว่าการไหลของของเหลวนำไฟฟ้าของแกนโลกชั้นนอกเนื่องจากพลังงานจลน์ของพวกมัน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าปกคลุมแกนโลก กระแสน้ำเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กประเภทไดโพลเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นเส้นสนามที่ทอดยาวไปตามเส้นเมริเดียนบนพื้นผิวโลก (สนามดังกล่าวเรียกว่าโปลอยด์) กลไกนี้กระตุ้นให้เกิดความเกี่ยวข้องกับการทำงานของไดนาโม จึงเป็นที่มาของชื่อของมัน

รูปแบบที่อธิบายไว้นั้นสวยงามและมองเห็นได้ แต่น่าเสียดายที่ผิด ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าการเคลื่อนที่ของสสารในแกนโลกชั้นนอกมีความสมมาตรสัมพันธ์กับแกนโลก อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2476 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ โธมัส คาวลิง ได้พิสูจน์ทฤษฎีบทว่าไม่มีการไหลแบบสมมาตรแกนใดที่สามารถรับประกันการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกในระยะยาวได้ แม้ว่ามันจะปรากฏ อายุของมันก็มีอายุสั้น น้อยกว่าอายุของโลกเราหลายหมื่นเท่า เราต้องการโมเดลที่ซับซ้อนกว่านี้

“เราไม่ทราบแน่ชัดว่าสนามแม่เหล็กของโลกเกิดขึ้นเมื่อใด แต่อาจเกิดขึ้นไม่นานหลังจากการก่อตัวของเนื้อโลกและแกนกลางชั้นนอก” David Stevenson หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญชั้นนำด้านสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ของสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย กล่าว . - หากต้องการเปิดจีโอไดนาโม จำเป็นต้องใช้เมล็ดพันธุ์ภายนอก และไม่จำเป็นต้องเป็นเมล็ดพันธุ์ที่ทรงพลัง ตัวอย่างเช่น บทบาทนี้อาจเกิดขึ้นได้ด้วยสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์หรือสนามของกระแสที่เกิดขึ้นในแกนกลางเนื่องจากผลของเทอร์โมอิเล็กทริก ท้ายที่สุดแล้วสิ่งนี้ไม่สำคัญนัก มีแหล่งกำเนิดของแม่เหล็กเพียงพอ เมื่อมีสนามดังกล่าวและการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของการไหลของของเหลวนำไฟฟ้า การปล่อยไดนาโมในดาวเคราะห์จึงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้”

ป้องกันแม่เหล็ก

แม่เหล็กโลกได้รับการตรวจสอบโดยใช้เครือข่ายหอสังเกตการณ์ธรณีแม่เหล็กที่กว้างขวาง ซึ่งเริ่มขึ้นในทศวรรษที่ 1830

เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน มีการใช้เครื่องมือทางเรือ การบิน และอวกาศ (เช่น แมกนีโตมิเตอร์แบบสเกลาร์และเวกเตอร์ของดาวเทียม Ørsted ของเดนมาร์ก ซึ่งใช้งานมาตั้งแต่ปี 1999)

ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกมีตั้งแต่ประมาณ 20,000 นาโนเทสลา นอกชายฝั่งบราซิล จนถึง 65,000 นาโนเทสลา ใกล้ขั้วแม่เหล็กใต้ ตั้งแต่ปี 1800 ส่วนประกอบไดโพลของมันลดลงเกือบ 13% (และตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 16 ลดลง 20%) ในขณะที่ส่วนประกอบสี่โพลเพิ่มขึ้นเล็กน้อย การศึกษา Paleomagnetic แสดงให้เห็นว่าเป็นเวลาหลายพันปีก่อนที่เราจะเริ่มต้นยุคของเรา ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และจากนั้นก็เริ่มลดลง อย่างไรก็ตาม โมเมนต์ไดโพลของดาวเคราะห์ในปัจจุบันนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยของมันอย่างมากในช่วงร้อยห้าสิบล้านปีที่ผ่านมา (ในปี 2010 ผลการตรวจวัดแม่เหล็กไฟฟ้าแบบบรรพชีวินวิทยาได้รับการตีพิมพ์ ระบุว่าเมื่อ 3.5 พันล้านปีก่อน สนามแม่เหล็กของโลกมีความแข็งแกร่งเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้น วันนี้). ซึ่งหมายความว่าประวัติศาสตร์ทั้งหมดของสังคมมนุษย์ตั้งแต่การเกิดขึ้นของรัฐแรกจนถึงเวลาของเราตกอยู่ที่สนามแม่เหล็กโลกสูงสุดในท้องถิ่น เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะพิจารณาว่าสิ่งนี้ส่งผลกระทบต่อความก้าวหน้าของอารยธรรมหรือไม่ สมมติฐานนี้ดูเหมือนจะไม่น่าอัศจรรย์อีกต่อไปหากเราพิจารณาว่าสนามแม่เหล็กปกป้องชีวมณฑลจากรังสีคอสมิก

และนี่คืออีกเหตุการณ์หนึ่งที่น่าสังเกต ในยุควัยรุ่นและวัยรุ่นบนโลกของเรา ทุกสิ่งในแกนกลางของมันอยู่ในช่วงของเหลว แกนชั้นในที่เป็นของแข็งก่อตัวขึ้นเมื่อไม่นานนี้ หรืออาจเป็นเพียงพันล้านปีก่อนเท่านั้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น กระแสการพาความร้อนมีความเป็นระเบียบมากขึ้น ซึ่งทำให้การทำงานของจีโอไดนาโมมีความเสถียรมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ สนามแม่เหล็กโลกจึงมีขนาดและความเสถียรเพิ่มขึ้น สันนิษฐานได้ว่าเหตุการณ์นี้มีผลดีต่อการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเสริมความแข็งแกร่งของ geomagnetism ช่วยเพิ่มการปกป้องชีวมณฑลจากรังสีคอสมิกและด้วยเหตุนี้จึงอำนวยความสะดวกในการออกจากชีวิตจากมหาสมุทรสู่พื้นดิน

ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับการเปิดตัวดังกล่าว เพื่อความง่าย ให้พื้นที่เมล็ดพืชเกือบจะขนานกับแกนการหมุนของโลก (อันที่จริง ก็เพียงพอแล้วหากมีองค์ประกอบที่ไม่เป็นศูนย์ในทิศทางนี้ ซึ่งแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้) ความเร็วในการหมุนของวัสดุของแกนกลางด้านนอกลดลงเมื่อความลึกลดลงและเนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าสูง เส้นสนามแม่เหล็กจึงเคลื่อนที่ไปพร้อมกับมัน - ดังที่นักฟิสิกส์กล่าวว่าสนามนั้น "แข็งตัว" ในตัวกลาง ดังนั้นเส้นแรงของทุ่งเมล็ดจะโค้งงอ ไปข้างหน้าที่ระดับความลึกที่มากขึ้น และตกไปด้านหลังที่จุดตื้นกว่า ในที่สุดพวกมันจะยืดตัวและเสียรูปมากจนทำให้เกิดสนามวงแหวน (toroidal field) ซึ่งเป็นวงแม่เหล็กทรงกลมที่แผ่ขยายแกนโลกและชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามในซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ กลไกนี้เรียกว่า W-Effect

ตามที่ศาสตราจารย์สตีเวนสันกล่าวไว้ เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องเข้าใจว่าสนามวงแหวนของแกนกลางชั้นนอกเกิดขึ้นเนื่องจากสนามเมล็ดโปโลลอยด์ และในทางกลับกัน ก็ทำให้เกิดสนามโปโลลอยด์ใหม่ที่พบในพื้นผิวโลก: “จีโอไดนาโมของดาวเคราะห์ทั้งสองประเภท ฟิลด์ต่างๆ เชื่อมต่อกันและไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีกันและกัน”

15 ปีที่แล้ว Gary Glatzmeier ร่วมกับ Paul Roberts ตีพิมพ์แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่สวยงามมากของสนามแม่เหล็กโลก: “ โดยหลักการแล้ว เพื่ออธิบาย geomagnetism มีเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอมานานแล้ว - สมการของอุทกพลศาสตร์แม่เหล็กบวกสมการที่อธิบายแรง แรงโน้มถ่วงและความร้อนไหลเข้าสู่แกนโลก แบบจำลองที่ใช้สมการเหล่านี้มีความซับซ้อนมากในรูปแบบดั้งเดิม แต่สามารถทำให้ง่ายขึ้นและปรับใช้สำหรับการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ได้ นั่นคือสิ่งที่โรเบิร์ตส์กับฉันทำ การรันบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำให้สามารถสร้างคำอธิบายที่สอดคล้องกันในวิวัฒนาการระยะยาวของความเร็ว อุณหภูมิ และความดันของสสารที่ไหลในแกนกลางชั้นนอกและวิวัฒนาการที่เกี่ยวข้องของสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้เรายังพบว่าถ้าเราเล่นการจำลองในช่วงเวลาหลายสิบหรือหลายแสนปี การผกผันของสนามแม่เหล็กโลกจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ แบบจำลองของเราจึงสามารถถ่ายทอดประวัติศาสตร์แม่เหล็กของดาวเคราะห์ได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตามยังมีปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข พารามิเตอร์ของวัสดุของแกนด้านนอกซึ่งรวมอยู่ในรุ่นดังกล่าวยังห่างไกลจากสภาวะจริงมากเกินไป ตัวอย่างเช่น เราต้องยอมรับว่าความหนืดของมันสูงมาก ไม่เช่นนั้นทรัพยากรของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดก็จะไม่เพียงพอ ในความเป็นจริงไม่เป็นเช่นนั้น มีเหตุผลทุกประการที่เชื่อได้ว่าเกือบจะเกิดขึ้นพร้อมกับความหนืดของน้ำ โมเดลปัจจุบันของเราไม่มีอำนาจที่จะคำนึงถึงความปั่นป่วนซึ่งเกิดขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย แต่คอมพิวเตอร์ก็แข็งแกร่งขึ้นทุกปี และในอีกสิบปีข้างหน้าก็จะมีการจำลองที่สมจริงมากขึ้น”

“การทำงานของจีโอไดนาโมนั้นหลีกเลี่ยงไม่ได้กับการเปลี่ยนแปลงวุ่นวายในการไหลของเหล็ก-นิกเกิลที่หลอมละลาย ซึ่งส่งผลให้เกิดความผันผวนในสนามแม่เหล็ก” ศาสตราจารย์สตีเวนสันกล่าวเสริม - การผกผันของสนามแม่เหล็กโลกเป็นเพียงความผันผวนที่รุนแรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากพวกมันมีลักษณะสุ่ม จึงแทบจะไม่สามารถคาดเดาล่วงหน้าได้ อย่างน้อยเราก็ไม่รู้ว่าจะต้องทำอย่างไร”

สนามแม่เหล็กของโลกคือการก่อตัวที่เกิดจากแหล่งกำเนิดภายในดาวเคราะห์ เป็นเป้าหมายของการศึกษาในส่วนที่เกี่ยวข้องของธรณีฟิสิกส์ ต่อไป เรามาดูกันดีกว่าว่าสนามแม่เหล็กของโลกคืออะไรและก่อตัวอย่างไร

ข้อมูลทั่วไป

ไม่ไกลจากพื้นผิวโลก ประมาณที่ระยะทางสามรัศมี เส้นแรงจากสนามแม่เหล็กจะตั้งอยู่ตามแนวระบบ "ประจุสองขั้ว" มีพื้นที่ที่เรียกว่า "พลาสม่าสเฟียร์" ที่นี่ เมื่อระยะห่างจากพื้นผิวดาวเคราะห์ อิทธิพลของการไหลของอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนจากโคโรนาสุริยะก็จะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การบีบตัวของแมกนีโตสเฟียร์ที่ด้านข้างของดวงอาทิตย์ และในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กของโลกถูกยืดออกไปทางด้านตรงข้ามของเงา

พลาสม่าสเฟียร์

การเคลื่อนที่ในทิศทางของอนุภาคที่มีประจุในชั้นบนของชั้นบรรยากาศ (ไอโอโนสเฟียร์) มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อสนามแม่เหล็กพื้นผิวโลก ตำแหน่งหลังอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกหนึ่งร้อยกิโลเมตรขึ้นไป สนามแม่เหล็กของโลกยึดพลาสมาสเฟียร์ไว้ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของมันขึ้นอยู่กับกิจกรรมของลมสุริยะและอันตรกิริยาของมันกับชั้นที่กักขัง และความถี่ของพายุแม่เหล็กบนโลกของเรานั้นถูกกำหนดโดยแสงแฟลร์บนดวงอาทิตย์

คำศัพท์เฉพาะทาง

มีแนวคิด "แกนแม่เหล็กของโลก" นี่คือเส้นตรงที่ตัดผ่านขั้วที่สอดคล้องกันของดาวเคราะห์ "เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก" คือวงกลมขนาดใหญ่ของระนาบที่ตั้งฉากกับแกนนี้ เวกเตอร์บนนั้นมีทิศทางใกล้กับแนวนอน ความแรงเฉลี่ยของสนามแม่เหล็กโลกขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์เป็นอย่างมาก มีค่าประมาณเท่ากับ 0.5 Oe นั่นคือ 40 A/m ที่เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก ตัวบ่งชี้เดียวกันนี้จะอยู่ที่ประมาณ 0.34 Oe และใกล้กับขั้วจะอยู่ใกล้กับ 0.66 Oe ในความผิดปกติบางอย่างของโลก เช่น ภายในความผิดปกติของเคิร์สต์ ตัวบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นและมีค่าเป็น 2 Oe เส้นของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกที่มีโครงสร้างซับซ้อน ฉายลงบนพื้นผิวและมาบรรจบกันที่ขั้วของมันเอง เรียกว่า "เส้นเมอริเดียนแม่เหล็ก"

ธรรมชาติของการเกิดขึ้น สมมติฐานและการคาดเดา

เมื่อไม่นานมานี้ ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างการเกิดขึ้นของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกกับการไหลของกระแสในแกนโลหะเหลวซึ่งอยู่ที่ระยะทางหนึ่งในสี่ถึงหนึ่งในสามของรัศมีของโลกของเราได้รับสิทธิ์ในการดำรงอยู่ . นักวิทยาศาสตร์ยังมีข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "กระแสเทลลูริก" ที่ไหลอยู่ใกล้เปลือกโลก ควรจะกล่าวว่าเมื่อเวลาผ่านไปมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบ สนามแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนแปลงซ้ำแล้วซ้ำอีกในช่วงหนึ่งร้อยแปดสิบปีที่ผ่านมา ข้อมูลนี้ถูกบันทึกไว้ในเปลือกโลกในมหาสมุทร และมีหลักฐานจากการศึกษาซากแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ เมื่อเปรียบเทียบพื้นที่ทั้งสองฝั่งของสันเขามหาสมุทร เราจะกำหนดเวลาของความแตกต่างของพื้นที่เหล่านี้

การเคลื่อนตัวของขั้วแม่เหล็กโลก

ตำแหน่งของส่วนต่างๆ ของโลกเหล่านี้ไม่คงที่ ความจริงของการพลัดถิ่นของพวกเขาได้รับการบันทึกไว้ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้า ในซีกโลกใต้ ขั้วแม่เหล็กเคลื่อนตัวไป 900 กม. ในช่วงเวลานี้และไปจบลงที่มหาสมุทรอินเดีย กระบวนการที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในภาคเหนือ ตรงนี้ขั้วเคลื่อนไปทางความผิดปกติของสนามแม่เหล็กในไซบีเรียตะวันออก ตั้งแต่ปี 1973 ถึง 1994 ระยะทางที่ไซต์ย้ายมาที่นี่คือ 270 กม. ข้อมูลที่คำนวณไว้ล่วงหน้าเหล่านี้ได้รับการยืนยันโดยการวัดในภายหลัง จากข้อมูลล่าสุด ความเร็วการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็กของซีกโลกเหนือเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยเพิ่มขึ้นจาก 10 กม./ปีในช่วงอายุเจ็ดสิบของศตวรรษที่ผ่านมาเป็น 60 กม./ปีในช่วงต้นศตวรรษนี้ ในขณะเดียวกัน ความแรงของสนามแม่เหล็กโลกก็ลดลงไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น ในช่วง 22 ปีที่ผ่านมา ในบางสถานที่ ลดลง 1.7% และบางแห่งลดลง 10% แม้ว่าจะมีบางพื้นที่ที่กลับเพิ่มขึ้นก็ตาม ความเร่งในการเคลื่อนตัวของขั้วแม่เหล็ก (ประมาณ 3 กม. ต่อปี) ทำให้มีเหตุผลให้สันนิษฐานได้ว่าการเคลื่อนที่ของพวกมันที่สังเกตได้ในปัจจุบันไม่ใช่การเบี่ยงเบน แต่เป็นการกลับกันอีกครั้ง

สิ่งนี้ได้รับการยืนยันทางอ้อมจากการเพิ่มขึ้นของสิ่งที่เรียกว่า "ช่องว่างขั้วโลก" ทางตอนใต้และทางเหนือของสนามแม่เหล็ก วัสดุที่แตกตัวเป็นไอออนของโคโรนาสุริยะและอวกาศแทรกซึมเข้าไปในการขยายตัวที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้ปริมาณพลังงานที่เพิ่มขึ้นถูกรวบรวมในบริเวณ circumpolar ของโลกซึ่งในตัวมันเองนั้นเต็มไปด้วยความร้อนเพิ่มเติมของหมวกน้ำแข็งขั้วโลก

พิกัด

ในศาสตร์แห่งรังสีคอสมิก มีการใช้พิกัดสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์แมคอิลเวน เขาเป็นคนแรกที่เสนอให้ใช้พวกมันเนื่องจากพวกมันขึ้นอยู่กับกิจกรรมของธาตุที่มีประจุในสนามแม่เหล็กที่ได้รับการดัดแปลง สำหรับจุดหนึ่งจะใช้พิกัดสองอัน (L, B) พวกเขาแสดงลักษณะของเปลือกแม่เหล็ก (พารามิเตอร์ McIlwain) และการเหนี่ยวนำสนาม L. ส่วนหลังเป็นพารามิเตอร์เท่ากับอัตราส่วนของระยะทางเฉลี่ยของทรงกลมจากศูนย์กลางของดาวเคราะห์ถึงรัศมีของมัน

"ความโน้มเอียงของแม่เหล็ก"

เมื่อหลายพันปีก่อน ชาวจีนได้ค้นพบสิ่งมหัศจรรย์อันน่าทึ่ง พวกเขาพบว่าวัตถุที่ถูกแม่เหล็กสามารถวางตำแหน่งในทิศทางที่กำหนดได้ และในช่วงกลางศตวรรษที่ 16 Georg Cartmann นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได้ค้นพบอีกครั้งในพื้นที่นี้ นี่คือลักษณะที่ปรากฏของแนวคิดเรื่อง "ความโน้มเอียงของแม่เหล็ก" ชื่อนี้หมายถึงมุมเบี่ยงเบนของลูกศรขึ้นหรือลงจากระนาบแนวนอนภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์

จากประวัติการวิจัย

ในพื้นที่ของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กเหนือซึ่งแตกต่างจากเส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์ ปลายด้านเหนือจะเคลื่อนลงด้านล่าง และทางใต้จะเคลื่อนขึ้นด้านบน ในปี 1600 แพทย์ชาวอังกฤษ วิลเลียม กิลเบิร์ต ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโลกเป็นครั้งแรก ซึ่งทำให้เกิดพฤติกรรมบางอย่างของวัตถุที่เคยถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ในหนังสือของเขา เขาบรรยายถึงการทดลองกับลูกบอลที่มีลูกธนูเหล็ก จากการวิจัยของเขา เขาได้ข้อสรุปว่าโลกคือแม่เหล็กขนาดใหญ่ นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Henry Gellibrant ได้ทำการทดลองด้วย จากการสังเกตของเขา เขาได้ข้อสรุปว่าสนามแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ

José de Acosta บรรยายถึงความเป็นไปได้ในการใช้เข็มทิศ นอกจากนี้เขายังได้สร้างความแตกต่างระหว่างขั้วแม่เหล็กและขั้วเหนือ และในประวัติศาสตร์อันโด่งดังของเขา (ค.ศ. 1590) ทฤษฎีเส้นที่ไม่มีการโก่งตัวของสนามแม่เหล็กก็ได้รับการยืนยัน คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสยังได้มีส่วนสำคัญในการศึกษาประเด็นที่กำลังพิจารณาอีกด้วย เขาเป็นผู้รับผิดชอบในการค้นพบความแปรปรวนของการปฏิเสธทางแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงพิกัดทางภูมิศาสตร์ การปฏิเสธแม่เหล็กคือมุมเบี่ยงเบนของเข็มจากทิศเหนือ - ใต้ เนื่องมาจากการค้นพบโคลัมบัส ทำให้มีการวิจัยเพิ่มมากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่สนามแม่เหล็กโลกมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับนักเดินเรือ M.V. Lomonosov ก็แก้ไขปัญหานี้เช่นกัน เพื่อศึกษาแม่เหล็กโลก เขาแนะนำให้ทำการสังเกตอย่างเป็นระบบโดยใช้จุดถาวร (คล้ายกับหอดูดาว) Lomonosov กล่าวว่าการทำเช่นนี้ในทะเลเป็นสิ่งสำคัญมากเช่นกัน ความคิดของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่นี้เกิดขึ้นจริงในรัสเซียหกสิบปีต่อมา การค้นพบขั้วโลกแม่เหล็กบนหมู่เกาะแคนาดาเป็นของนักสำรวจขั้วโลกชาวอังกฤษ John Ross (1831) และในปี พ.ศ. 2384 เขาได้ค้นพบอีกขั้วหนึ่งของโลก แต่อยู่ที่ทวีปแอนตาร์กติกา สมมติฐานเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกถูกหยิบยกขึ้นมาโดย Carl Gauss ในไม่ช้าเขาก็พิสูจน์ได้ว่าส่วนใหญ่ได้รับอาหารจากแหล่งภายในโลก แต่สาเหตุของการเบี่ยงเบนเล็กน้อยนั้นอยู่ในสภาพแวดล้อมภายนอก