Вековые вариации магнитного поля Земли. Научно-популярное издание

???? ???? ???? ???????????магнетов.

Люди весьма удивляются камню такому. Он часто

Цепь представляет из звеньев, держащихся сами собою.

Можешь увидеть ты пять таких звеньев, порой даже

??? ???? ???? ??????????????больше.

Распределенные рядом, качаясь от легкого ветра,

Звенья такие свисают, одно под другим прилепившись.

Звенья одно от другого всю силу и цепкость приемлют.

Вот как здесь действует этого камня текучая сила…

    Лукреций Кар, «О природе вещей»

В результате археомагнитных работ удалось восстановить пространственно-временную структуру археомагнитного поля за последние 10000 лет. С помощью спектрального анализа археомагнитных данных были получены сведения о вековых вариациях магнитного поля Земли с различными временными характеристиками.

Анализ археомагнитных рядов показал, что магнитное поле Земли имело дипольную структуру в течение последних 10000 лет, отклонение от дипольного характера поля сравнимо с недипольной частью современного геомагнитного поля.

Спектр вековых вариаций дискретен, выявлены медленные колебания поля (8000, 1800 и 1200-летние), на которые налагаются быстрые колебания (600, 360-летние). Изменение магнитного момента Земли обусловлено основным колебанием поля с периодом 8000 лет.

Изменение направления геомагнитного поля связано с прецессией геомагнитой оси вокруг географической в направлении против часовой стрелки. Один оборот прецесии составляет по длительности 1200 лет, а полный цикл вековых изменений – примерно 100000 лет.

На Рис. 2 приведены спектральные характеристики основных вековых вариаций:

Рис. 2 – Амплитудный спектр вековых вариаций.

Считается, что в среднем амплитуда напряженности современного геомагнитного поля равна 50 микротесла (µТ). Таким образом, вековые вариации вносят вклад в изменения геомагнитного поля от 1% до 50% от его среднего значения в наши дни.

Модели геомагнитного поля

В соответствии с общей теорией геомагнетизма Гаусса главное геомагнитное поле состоит из дипольной и недипольной частей и может быть математически смоделировано.

Модель центрального диполя. В модели центрального диполя геомагнитный полюс (точка пересечения оси диполя с поверхностью Земли) обладает свойством вертикальности силовых линий дипольного поля (магнитное наклонение равно 90° в Северном и —90° в Южном полушариях). Ось центрального диполя помещена в начало сферической системы координат (в центр Земли) и совпадает с географической осью (см. рис. 1).

Модель наклонного диполя. Дипольная ось в модели наклонного диполя наклонена к оси вращения Земли на угол 10—12 градусов.

Модель эксцентричного диполя. Ось эксцентричного диполя смещена относительно центра Земли.

Геомагнитное поле наиболее полно описывают модели IGRF (Международное геомагнитное аналитическое поле) и WMM (Всемирная магнитная модель). В этих моделях используется разложение потенциала геомагнитного поля в сферический гармонический ряд, предложенный К. Ф. Гауссом в 1838 году.

IGRF-13 была предложена в декабре 2019 года и предоставляет модель DGRF для эпохи 2015.0, модель IGRF для эпохи 2020.0 и прогнозирующую модель вековых вариаций IGRF для 5-летнего временного интервала с 2020.0 по 2025.0.

Модель представлена разложением скалярного потенциала главного геомагнитного поля по сферическим гармоникам, разложение ограничивается коэффициентами от 1-й до 13-й степени и от 0-го до 13-го порядка (в прогностической вариации от 1-го по 8-й и от 0-го по 8-й соответственно), округлённых до 0,1 нТ.

Сферический гармонический ряд можно свести к дипольным моделям следующим образом. Если в разложении удержать только первый член ряда, то полученная модель будет эквивалентна модели центрального диполя.

При удержании бо?льшего числа членов сферического гармонического ряда получают эксцентричные модели с произвольным положением магнитных диполей, значениями и ориентировкой их вектора магнитного момента.