Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

В 1963–1968 годах магнитологи А. Кокс, Р. Доэлл и Г. Далримпл опубликовали серию работ. В них они сопоставили намагниченность 240 образцов, взятых из различных районов земного шара, возраст которых был точно определен. Результаты их исследований оказались поразительными. Получалось, что за истекшие последние четыре с половиной миллиона лет жизни нашей Земли (срок весьма скромный), планета четырежды (!) меняла полярность своего магнитного поля на противоположную. Недопустимое легкомыслие для солидного космического тела… Может быть, в исследования ученых вкралась ошибка? Ведь изменения геомагнитного поля не могут пройти бесследно для жизни всей планеты. Слишком многое оказывается с ним связано…

Потрясающее открытие было подтверждено и работами специально оборудованного судна «Гломар Челленджер», пробурившего в океанском дне множество скважин и добывшего из них колонки керна. В них тоже были обнаружены слои с нормальной и обратной намагниченностью. При этом обращение полярности происходило не скачками, в результате какого-то катаклизма, а постепенно. В течение нескольких тысячелетий геомагнитное поле убывало, а потом снова нарастало, но уже с противоположным знаком. Такие периоды бывали в истории Земли и в более древние времена. А как сейчас?

Приближенно мы и сегодня можем рассматривать геомагнитное поле, как и во времена Гильберта, в виде поля небольшого линейного магнита («магнитной палочки»), спрятанного в центре Земли. Магнит этот наклонен примерно на 11° относительно оси вращения планеты. Само же поле как бы состоит из двух частей: большей — от «магнитной палочки» и меньшей, зависящей, возможно, от намагниченности горных пород. Измерения за последние сто пятьдесят лет показывают, что большая часть геомагнитного поля — дипольная — убывает. И довольно быстро — примерно на 5 % за столетие. Экстраполируя результаты, можно прийти к выводу, что через 2000 лет магнитное поле нашей планеты снова «опрокинется». Выходит, мы живем в эпоху обращения полярности…

А ведь это оно, магнитное поле Земли, отклоняет в полярные области потоки заряженных частиц, которые выбрасывает из своих недр Солнце. Оно же образует радиационные пояса вокруг планеты, знание свойств которых так важно для обеспечения безопасности космонавтов. Магнитное поле участвует в работе космической и наземной радиосвязи, радионавигации. Наконец, между состоянием магнитного поля Земли и климатом, как утверждают некоторые ученые, существует весьма существенная зависимость.

Что же произойдет, когда оно уменьшится до минимума, а затем станет даже обратного знака?..

Нет, человеку далеко не безразлично состояние и эволюция всей магнитосферы Земли. Весьма насущные проблемы требуют от геофизиков детального знания как количественных характеристик магнитного поля Земли, так и тенденций его изменения. И здесь предстоит еще большая работа.

Ну, а почему же все-таки Земля — магнит? Ведь именно так мы поставили вопрос в заголовке раздела. Вопрос не легкий. Сегодня наиболее правдоподобным ответом на него может быть, пожалуй, одна из последних гипотез. Я имею в виду гипотезу о динамомеханизме в жидком земном ядре.

По современным представлениям Земля — довольно сложная система. Это вращающийся толстостенный шар, стенки которого состоят из вещества мантии, а внутренняя полость заполнена хорошо проводящей электрический ток жидкостью, в самом центре которой плавает твердое ядро.

При вращении планеты внешний слой ее жидкого пласта может несколько отставать от вращения коры и мантии, порождая внутри проводящей жидкости течения…

А теперь закройте на минутку глаза и представьте себе: в слабом магнитном поле, созданном геомагнитными материалами, вращается замкнутый контур из хорошего проводника… Да ведь это не что иное, как генератор — динамо. Отставая от общего вращения, проводящий слой пересекает силовые магнитные линии слабого изначального магнитного поля, и в нем возбуждается электрический ток. Но этот электрический ток обладает собственным магнитным полем, которое складывается с начальным и усиливает его. Большее магнитное поле порождает и более сильный электрический ток… Получается обычный генератор с самовозбуждением.

Самое интересное, что эта гипотеза позволяет объяснить и периодическую смену полярности геомагнитного поля. Для этого электромагнитные процессы в земном ядре нужно смоделировать и представить в виде работы двух взаимодействующих дисковых динамо, в которых ток одного подпитывает магнитное поле другого и наоборот.

Основания для такой аналогии есть; уравнения, описывающие механизм движения в жидком слое земного ядра, схожи с уравнениями для цепочек взаимодействующих динамо.

Магнитное поле такой системы периодически меняет свою полярность. Так что с математической точки зрения способность геомагнитного поля к «самоопрокидыванию» перестает быть загадочной. Вот только узнать бы точно, как устроено ядро Земли…

Вы упрекнете в том, что мы слишком отклонились от выбранного маршрута путешествия в прошлое и невольно перешли к понятиям современности? Но ведь и мы живем не в XVII веке и вооружены знаниями своего времени. Задача автора, рассказывающего об истории науки, восстановить картину прошедших эпох, чтобы стал понятнее главный вопрос — как дошли люди до появления тех чудес, что нас окружают сегодня.

Следующая остановка в нашем путешествии сквозь время и пространство приходится на середину XVII столетия. Город Магдебург. Не успев приехать, мы сразу понимаем, что время для посещения выбрано не лучшим образом. На территории Германии, раздробленной на бесчисленные княжества, догорает Тридцатилетняя война — первый, но, к сожалению, не последний общеевропейский конфликт. Разделившись на два лагеря, государства пытаются доказать свои права диктовать волю «всему христианскому миру». В едином блоке с испано-австрийскими Габсбургами, поддерживая императора, (сначала Матвея, а потом подряд двух Фердинандов), выступало папство, польско-литовское государство и католические князья Германии. В антигабсбургскую коалицию в разное время, кроме немецких протестантских князей, заинтересованных в сохранении своих земель и независимости, вступили Чехия и Дания, Голландия, Швеция, Россия, Англия и, наконец, Франция. Но основные бои разворачивались в центре Европы, где владетельные немецкие князья не могли договориться между собой. В результате в последний период войны, охватывающий 1635–1648 годы, и союзники, и противники одинаково вытаптывали нивы, разоряли города. Мародеры шведско-французских войск ничем не отличались от мародеров имперско-испанских. Население разграбленных княжеств вело непрерывную и ожесточенную партизанскую войну с теми и с другими.