Дмитрий Соколов - Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма [litres]

Конечно, у магнитного поля Земли есть много важных и интересных деталей. Одна из них – Курская магнитная аномалия, или КМА, – связана с колоссальным месторождением железной руды, которое залегает в Курской и прилегающих областях. Эта аномалия важна для народного хозяйства и дорога мне лично: когда-то много лет назад на скважине номер 7 Рыльского профиля я начал свою трудовую деятельность – помогал геологу, которая по совместительству была моей мамой, отбирать образцы. Мама изучала юрские глины КМА.

Однако это детали, пусть и важные. Оказывается, в геологической истории магнитное поле Земли много раз и очень быстро меняло свое направление на противоположное. Это выяснила еще одна наука – палеомагнитология. В самом грубом приближении работа палеомагнитолога выглядит так. Отряд палеомагнитологов выезжает, как говорят геологи, в поле, на какое-нибудь интересное обнажение, на котором, скажем на обрыве у реки, видны слои разного возраста. Палеомагнитолог выпиливает кусочек породы – образец – и указывает на нем его точную ориентацию. Потом везет его в лабораторию и определяет (в принципе, так же как магнитной стрелкой определяют направление геомагнитного поля), куда было направлено магнитное поле в момент образования породы. При этом предполагается, что порода содержит ферромагнитные частицы, которые запомнили это поле в момент образования породы. На первый взгляд это простая идея, но ее реализация требует большой и кропотливой работы.

Дальше палеомагнитолог предполагает, что магнитное поле Земли и в древние геологические эпохи было полем диполя, направленного вдоль оси вращения. Весь вопрос только в том, куда был направлен магнитный диполь – к северному или к южному полюсу.

Неспециалисту может показаться, что этот метод можно существенно улучшить. Отберем образцы в разных частях Земли и сравним данные о тех магнитных полях, которые они запомнили. Если образцов будет много, получится карта палеомагнитного поля. Вся проблема только в том, что образцы должны быть одновозрастные, причем погрешность, с которой выдерживается эта одновозрастность, должна быть очень маленькой: магнитное поле меняет свое направление очень быстро. Это значит, что мы должны научиться опознавать одновозрастные породы, находящиеся в разных частях Земли. Такая задача представляет суть проблемы, известной как геологическая корреляция. Если бы мы научились решать эту проблему в полной мере, то у подъездов наших домов и институтов собрались бы владельцы всех нефтяных компаний Земли, а за ними теснились бы владельцы всех других горнодобывающих компаний. Они слезно обещали бы обеспечить нас на всю жизнь всем, что только пожелает наша душа (научные работники, как правило, неприхотливы и неизобретательны по части жизненных благ), поклялись бы лично чистить нам по утрам ботинки, лишь бы только мы бросили заниматься всякой ерундой вроде физики Солнца и сосредоточились исключительно на проблеме геологической корреляции. Настолько она важна. Но мы по-прежнему не знаем, как решить ее полностью, поэтому путь к истине долог и мучителен, а палеомагнитологи пока довольствуются гипотезой о дипольном характере геомагнитного поля.

Вдобавок геологи получают еще один метод корреляции – по положению земных слоев относительно слоя, в котором происходит практически мгновенное изменение направления магнитного диполя на противоположное. Это составляет суть магнитной стратиграфии.

Однако, кроме направления магнитного поля, нужно знать и возраст образца. Здесь приходят на помощь методы радиологического датирования. Они основаны на измерении того, какая часть радиоактивных изотопов успела распасться с момента образования породы. В науке, которая называется абсолютной геохронологией, тоже есть много интересных и трудных вопросов, но обо всем не расскажешь.

Пора переходить к тому, что же, собственно, узнали исследователи с помощью всех этих (и еще других, но менее важных) методов.

Начнем, пожалуй, опять с галактик: они прозрачные и мы сравнительно хорошо знаем, как устроены их магнитные поля. Но сначала немного о том, как устроены сами галактики.

Одну из галактик – Млечный Путь – легко наблюдать невооруженным глазом. Для этого достаточно выйти в поле в темную безлунную ночь, когда небо не затянуто облаками, и посмотреть на него. Если вы сможете найти место без фонарей и других источников света. Иммануил Кант рекомендовал этот несложный опыт, но в его время фонарей было гораздо меньше. Вы увидите на небе полосу, в которой группируются звезды. Это галактика, в которой мы живем, – Млечный Путь. Хорошо заметно, что толщина полоски сравнительно невелика. Труднее разобраться в строении нашей Галактики – как говорится, за деревьями не видно леса.

Гораздо яснее видно, как устроены галактики – звездные острова в безбрежной Вселенной, если смотреть на них издалека. Большое видится на расстоянии.

Оказывается, галактики очень разнообразны. Чтобы не растекаться мыслью по древу, мы будем говорить о спиральных галактиках. Они представляют собой тонкие диски, на которых видны более яркие спирали. Понятно, почему они тонкие: они вращаются вокруг своего центра. Что-то вроде знакомых нам по Солнечной системе колец Сатурна, про которые слышали практически все, а некоторые даже написали романы (например, современный немецкий писатель Зебальд – рекомендую! [3] Зебальд В. Г. Кольца Сатурна. – М.: Новое издательство, 2019. ).

Конечно, звезды – самое заметное, что есть в галактиках, но в их состав входит и много другого: межзвездный газ, пыль (в галактических масштабах плохо с влажной уборкой!) и магнитное поле. Здесь я пересказываю замечательный советский учебник астрономии для средней школы – к счастью, эта наука снова есть в нашей школьной программе [4] Воронцов-Вельяминов Б. А. Астрономия. Учебник для 10 класса средней школы. – 17-е изд. – М.: Учпедгиз, 1963. . Мне почему-то кажется, что она полезнее москвоведения, которое ученики могут изучить в повседневной жизни. Не могу не назвать и автора учебника – это Б. А. Воронцов-Вельяминов. Когда он написал свой учебник, про магнитные поля галактик люди практически ничего не знали, появились лишь самые первые догадки, но Борис Александрович обладал феноменальным чувством нового и интересного.

Диски галактик удерживаются как единое целое взаимным тяготением составляющих их частей. Поэтому их границы выделены не очень четко. Толщина диска звезд меньше, чем толщина диска газа, и т. д. Надеюсь, читатель извинит нас за то, что мы не вдаемся в детали, а специалист знает, что на самом деле все гораздо сложнее. Но ориентировочно можно сказать, что радиус диска раз в 50 или даже в 100 больше его полутолщины (удобнее отсчитывать координату поперек диска от его середины).