Андрей Безруков - Занимательная география

Велика роль исследования магнитного поля Земли и для решения таких практических задач, как определение геологического возраста горных пород, изучение внутреннего строения Земли, поиск месторождений полезных ископаемых и т. д. Еще предстоит понять, почему только у Земли существует магнитное поле, что представляют собой его могучие источники, насколько глубоко погребены они в ее недрах. Ответы на эти вопросы помогли бы больше узнать об образовании и развитии нашей планеты, а также о возникновении и эволюции других планет Солнечной системы.

Эта уникальная запись, сделанная почти 4000 лет назад в одной из китайских летописей, поведала нам удивительную историю о способности «особого камня», помогающего путешественникам ориентироваться во время далеких странствий: «…Идут караваны по бескрайним пескам пустыни Гоби. Солнце скрыто желтой пеленой пыли. Далеко от берегов Янцзы до кушанских царств, и нет к ним видимых хоженых троп. Трудно, ох как трудно пришлось бы караванщикам, если бы они не захватили с собой белый глиняный горшок, который они берегут пуще всех своих дорогих грузов, хотя нет в нем ни золота, ни жемчуга, ни слоновой кости. В сосуде на деревянном поплавке лежит коричневый камень, „любящий железо“. Он, поворачиваясь, все время указывает путникам сторону юга, а это, когда закрыто Солнце или не видно звезд, спасает их от многих бед, выводя к колодцам и направляя по верному пути».

Оказывается, в Китае уже тогда знали и умели использовать способность магнита устанавливаться одним концом на юг, другим на север. Известно, например, что более 3000 лет назад китайцы даже подарили послам, прибывшим из какой-то южной страны в Пекин с ценными подарками и миролюбивыми целями, но не сумевшим найти обратную дорогу на родину, удивительного провожатого — Чи-нана — укрепленного на передке тележки деревянного человечка с вытянутой вперед рукой (рис. 7). Куда бы тележка ни поворачивалась, рука Чи-нана всегда показывала на юг, так как внутри человечка был укреплен магнитный «камень». Это была одна из первых моделей современного магнитного компаса — указатель юга. Древние летописи Китая поведали нам и о том, что еще 300–400 лет до н. э. магнитный компас успешно использовался в стране не только для ориентирования на суше, но и на судах, уходивших в далекие плавания.

Древние китайские ученые в энциклопедию, составленную во II в. н. э., включили первое определение магнита: «Магнит — это камень, который дает направление железной игле», т. е. способен так ее намагнитить, что она сможет устанавливаться по направлению магнитного меридиана. Следовательно, китайские ученые первыми нашли способ создавать искусственные магниты (рис. 8).

Только 1000 лет спустя намагниченная игла стала применяться европейцами. Об этом поведал нам английский монах Александр Некэм в своем трактате, написанном в 1187 г.: «В пасмурные дни или в темные ночи, когда не видно небесных светил, моряки намагничивают железную иглу, продевают ее сквозь соломинку, плавающую на воде, и таким образом определяют, где север».

В 1269 г. французский ученый Пьер де Мерикур, известный больше как Перегрин, подготовил научный трактат о магнитах, где подробно описал свойства магнитного камня, сделал указания по определению полюсов магнита и о способе намагничивания железной иглы. Древние китайские ученые считали, что стрелку компаса притягивает Полярная звезда. Перегрин же утверждал, что магнитная стрелка «на самом деле поворачивается к полюсу», а следовательно, он уже тогда пришел к важному заключению, что действительной причиной ее движения является земной магнетизм и что «полюсы магнитных камней получают силу от полюсов мира», т. е. от магнитных полюсов Земли. Вероятно, он был первым, кто понял, что Земля сама создает силу, действующую на стрелку магнитного компаса. Ученый составил и подробное описание двух сконструированных им магнитных компасов, один из которых содержал плавающий магнит, второй — «сухую» намагниченную систему, вращающуюся вместе с вертикальной осью. Изображение этого компаса он снабдил шкалой, имеющей 360 делений, и специальной линейкой, с помощью которой стало легко измерять азимуты светил (рис. 9). К сожалению, модели магнитных компасов Перегрина в его время так и не нашли практического применения, поскольку и весь обстоятельный труд ученого по магнетизму, по сути, первый в Европе, был опубликован только через 300 лет.

Дальнейшее усовершенствование магнитного компаса, позволившее сделать его незаменимым навигационным прибором, провел в начале XIV в. искусный итальянский мастер Флавио Жиойя. Считается, что это он скрепил магнитную стрелку с бумажным кругом — картушкой, по краю которого нанес градусные деления, а к центру, для более удобного наблюдения за показаниями прибора при определении ветра, провел лучи, соответствующие 32 направлениям — румбам (рис. 10). Ему принадлежит и рисунок, получивший название «роза ветров», изображение которого стало эмблемой всего, что связано с далекими путешествиями.

Многие столетия безвестные талантливые мастера вносили свою лепту в дальнейшее совершенствование такого примитивного вначале «указателя севера», пока он спустя еще несколько столетий не был улучшен настолько, что стал показывать курс с высокой точностью.

Долгое время ученые не могли правильно объяснить стремление магнитной стрелки устанавливаться в направлении север-юг. Впервые научное обоснование такого ее поведения было сделано в 1600 г. английским ученым Уильямом Гильбертом в трактате «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». В своем труде он писал, что Земля — магнит с двумя полюсами, силовые линии ее магнитного поля, вырываясь мощным потоком из одного ее полюса, огибают ее и возвращаются к другому (см. рис. 6). Вдоль этих невидимых линий и устанавливается свободно вращающаяся магнитная стрелка. Но хотя Гильберту и удалось частично разгадать причину ее поведения, многое еще осталось непонятным.

С одной из странных особенностей поведения магнитной стрелки пришлось столкнуться Христофору Колумбу во время его плавания через Атлантический океан, результатом которого явилось открытие Америки. Примерно на полпути 13 сентября 1492 г. рулевые обнаружили, что за 4 дня стрелка компаса отклонилась от направления на Полярную звезду на 12° к западу. Вот как об этом повествует запись в «Дневнике Колумба»: «Четверг, 13 сентября. За день и ночь прошли тем же путем на запад 33 лиги, исчислили тремя или четырьмя лигами меньше. В этот день игла компаса отклонилась к северо-западу, и то же повторилось на следующее утро.