Магнитное поле Земли
Порой самые привычные явления могут говорить о глубинных тайнах и загадках природы. Один из самых ярких примеров – притяжение Земли. Вроде бы простое, обычное дело – падение самых разных предметов на землю. Однако потребовался гений Эйнштейна, чтобы объяснить гравитацию искривлением пространства и времени. Аналогичная история с магнитным полем нашей планеты, о котором и пойдет речь.
С компасом, наверное, в лес все ходили хотя бы раз в жизни. Почему его отпущенная на свободу стрелка ведет себя так трепетно и странно, постоянно указывая на юг и север?
Просвещенным жителям Европы магнитные свойства некоторых веществ были знакомы еще с античности. Римский историк Плиний Старший донес до нас предание про некоего пастуха, который жил на острове Крит. К его подбитым железом сандалиям приставали мелкие черные камешки, валявшиеся на склонах горы Идо. Имя пастуха было Магнис, отсюда и возник термин «магнит».
Китайцы к тому времени давно пользовались магнитами, которые называли чу-ши, то есть «любящие камень». Жители Поднебесной империи изобрели компас по меньшей мере на тысячу лет раньше европейцев. Выглядел он просто – полоска намагниченного железа, положенная на кусок плавающей в воде пробки. Такой компас помогал караванам в пустыне не сбиваться с верного направления. Были у китайцев и более изощренные навигационные приборы. Это были фигурки, указывающие на юг; их устанавливали на коляски. Позже появился компас лопань, дошедший до наших дней. В отличие от европейского, он имеет много колец. Их называют тсэн – «слои». Некоторые были разделены на 24 сектора, каждый по 15 градусов. Лопань используется не только для навигации, к нему прибегают последователи системы фен-шуй, без которой, как известно, в Китае не обходятся ни при строительстве домов, ни при оборудовании внутреннего пространства помещений. С помощью иероглифов, нанесенных на сектора колец, можно якобы определять благоприятные и негативные направления в помещении.
Так, согласно реконструкции, выглядит компас синан
Лопань
В Европе честь изобретения компаса присвоили себе итальянцы. Они рассказывают легенду о талантливом мастеровом Флавио Джойя. Он жил в начале XIV века в приморском городке Амальфи и был влюблен в дочь состоятельного рыбака Доменико. Тот мечтал выдать ее за богатого судовладельца. Чтобы отвадить «сухопутного» Джойя от своего дома, Доменико поставил невыполнимое, как он думал, условие – пусть-ка научится лоцманскому искусству вести лодку в нужном направлении в тумане и ночью, а без этого чтобы к его дочери и не подходил. Джойя выполнил это требование, сверяя ход судна по иголке, сделанной из магнитного железняка.
Скорее всего, история про находчивого мастерового – легенда. Говорят, что в европейских рукописях компас со стрелкой упоминается уже в конце XII века. Впрочем, это не помешало итальянцам соорудить в Амальфи памятник своему земляку. Джойя стоит на вершине как бы небольшой скалы. На нем просторная накидка по моде XIV века. В левой руке он держит компас и сверяет по нему направление.
Немцы же в свою очередь уверены, что компас изобрели древние тевтоны, поскольку в большинстве стран Европы моряки называют тридцать два румба компаса на немецком языке. Кстати, и наше слово «компас» пришло из немецкого языка. На многих европейских языках compass означает еще и «циркуль», поскольку на латыни compassare – «измерять шагами». Именно так порой – для измерений на картах расстояний – использовали в старину циркуль.
Довольно долго причина любопытного поведения магнитной стрелки оставалась неясной. Например, считали, что ее притягивает к себе Полярная звезда. Впрочем, с этой идеей быстро расстались. Как известно, за счет движения земной оси положение Полярной звезды на небосклоне немного меняется, а компасная стрелка упорно смотрит в одном и том же направлении.
Определенная ясность наступила, когда магнетизмом в конце XVI века увлекся придворный врач Елизаветы I Уильям Гильберт. Он был весьма образованным человеком. Учился в Кембридже и Оксфорде. Был не только доктором медицины, но философом и магистром искусств. Гильберт перечитал все, что было известно к тому времени о магнитах, и занялся собственными опытами. В результате в 1601 году в Лондоне было опубликовано его сочинение «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Уже в заголовке была высказана главная догадка автора – наша планета представляет собой гигантский магнит, а точки, через которые проходит воображаемая ось ее вращения, являются его полюсами.
В духе экспериментальной физики, которая в то время только зарождалась, Гильберт соорудил действующую модель – намагниченный стальной шар. Он назвал его Тереллой – то есть маленькой Землей (от лат. terra – «земля»). Так вот, магнитная стрелка у его поверхности всегда указывала своим острием на магнитные полюса этого шара. До Гильберта никто о магнетизме Земли не говорил. Именно поэтому он по праву считается основоположником науки о магнитных свойствах нашей планеты. После открытия Гилберта стало ясно – стрелка компаса стремится занять положение вдоль магнитных силовых линий Земли, которые веерообразно расходятся из одного полюса и вновь сходятся в другом.
Однако вслед за этим открытием неизбежно встал вопрос – почему наша планета является гигантским магнитом? Магнитная порода – магнетит – составляет в составе ее коры ничтожную часть. За редкими исключениями остальные породы ярко выраженным магнетизмом не обладают…
До недавнего времени была популярна гипотеза о том, что магнитные свойства нашей планеты обусловлены ее жидким железо-никелевым ядром. Однако почему оно порождает магнетизм, оставалось неясным. Ядро нашей планеты от поверхности отделяет около 2900 километров, и что там в деталях творится – ученые вряд ли скоро узнают. В XX веке ученые обнаружили, что остывающая лава способна запечатлевать направление и силу магнитного поля Земли. Исследовав тысячи образцов лавы и определив их возраст, исследователи пришли к любопытному выводу. Оказывается, в истории нашей планеты бывали периоды, когда интенсивность ее магнитного поля резко падала. Неужели в ядре планеты в это время происходили какие-то существенные сдвиги?
Уильям Гильберт – автор сочинения о магнетизме
У «ядровой» гипотезы был и еще один недостаток. Как известно, магнитное поле Земли довольно чутко реагирует на солнечную активность. Вспышки на Солнце порождают так называемые магнитные бури. Многие люди весьма к ним чувствительны. Если бы источник земного магнетизма находился в ядре планеты, вряд ли солнечная активность могла на него существенно влиять. Наконец, еще один странный факт. У таких тел нашей Солнечной системы, как Луна, Венера и Марс, ядра есть, а магнитное поле практически отсутствует. Неувязка получается.