Магнитное поле планеты Земля

Земной магнетизм, геомагнетизм, магнитное поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий распределение в пространстве и изменения во времени геомагнитного поля, а также связанные с ним геофизические процессы в Земле и верхней атмосфере.

Магнитосфера Земли- область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения.

Одна из гипотез гласит, что магнитное поле обусловлено наличием ядра, которое при вращении в жидкой среде Земли, создает движение заряженных частиц, создающих магнитное поле. Земля по предположениям, представляет собой магнитный диполь. При этом, как и у магнита, имеет два полюса: северный и южный.

Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется магнитным экватором. Напряжённость магнитного поля в точках магнитного экватора имеет горизонтальное направление. Проекция силовой линии геомагнитного поля на поверхность Земли называется – магнитным меридианом. Магнитные меридианы представляют собой сложные кривые, сходящиеся в северном и южном полюсах магнитных Земли.

По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли на 430 км (рис. 3.3.) от геометрического центра в сторону Марианской впадины. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. А северный геомагнитный полюс в южном полушарии

Рис 3.3. Магнитное поле планеты Земля

Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью магнитного поля.

Магнитное склонение - угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения указывается на магнитных картах и используется для определения истинного меридиана по показанию магнитного компаса. Направление географического меридиана определяют, как правило, гиротеодолитами или с помощью астрономических наблюдений, магнитного меридиана - приборами (деклинометрами, магнитометрами), позволяющими определить положение магнитной стрелки в месте наблюдения.

Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением магнитной стрелки, подвешенной на горизонтальной оси. Наклонение положительное, когда северный конец стрелки смотрит вниз, и отрицательное когда северный конец стрелки смотрит вверх.

Силовые линии магнитного поля Земли не везде параллельны ее поверхности. С приближением к северному или южному магнитному полюсу наклон силовых линий становится все более крутым. Этот эффект называется магнитным наклонением. Он приводит к тому, что в районах, примыкающих к магнитным полюсам, свободно подвешенная магнитная стрелка будет наклонена вниз относительно горизонта. Чем ближе к полюсу, тем больше угол наклона. Теоретически прямо над магнитным полюсом стрелка будет направлена вертикально вниз.

Производители компасов компенсируют проявление этого эффекта установкой на стрелки своих приборов противовесов, руководствуясь делением поверхности земли на пять зон: магнитный север, север относительно условного магнитного экватора, условный магнитный экватор, юг относительно условного магнитного экватора и магнитный юг. Зона магнитного севера охватывает всю Северную Америку, Европу, Сибирь, Центральную Азию, Китай и Японию. В зону магнитного юга входят Австралия и Новая Зеландия.

Для каждой зоны в наибольшей степени подходят специально предназначенные для нее компасы. Попытка использовать не соответствующий зоне компас - например, в Австралии компас для Северной Америки - может привести к тому, что стрелка будет цепляться за корпус в ущерб точности показаний.

Напряженность - сила магнитного поля. Средняя напряженность поля на поверхности Земли составляет около 0,5 э и сильно зависит от географического положения. Напряжённость магнитного поля на магнитном экваторе около 0,34 э (Эрстед), у магнитных полюсов около 0,66 э. В некоторых районах (в так называемых районах магнитных аномалий) напряжённость резко возрастает. В районе Курской магнитной аномалии она достигает 2 э.

Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял 7,812×10²⁵ Гс·см³ (или 7,812×10²² А·м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,004×10²⁵ Гс·см³ или на 1/4000 в год.

Распространена аппроксимация магнитного поля Земли в виде ряда по гармоникам - ряд Гаусса.

Ряд Гаусса - широко применяемое выражение для скалярного магнитного потенциала магнитного поля Земли. Записанное в геоцентрических сферических координатах , , , оно используется в качестве международного эталона нормального геомагнитного поля:

где:

- расстояние от центра Земли,

- дополнение географической широты, то есть полярный угол,

- долгота,

- стандартный радиус Земли (6371,2 км),

и - коэффициенты Гаусса, зависящие от времени t (ссылки на таблицу коэффициентов международного эталона для эпохи 2005—2010 года (IGRF-10)…

нормированные по Шмидту присоединенные функции Лежандра степени n, порядка m.

Заключение

1. Аэродинамические силы и моменты, действующие на ЛА в полете, а также величина тяги двигателя существенно зависят от плотности, давления, температуры воздуха и скорости ветра. От температуры воздуха зависит скорость звука, которая влияет на величину числа Маха (М) и тем самым на коэффициенты аэродинамических сил и моментов. Атмосферное давление определяет высотную поправку к величине реактивной тяги. Скорость ветра существенно влияет на величину аэродинамических сил и моментов.

Без учета влияния атмосферы невозможно обеспечить высокоточное наведение беспилотного ЛА на цель и обеспечить её поражение с требуемыми характеристиками эффективности.

2. Движение подвижных объектов морского базирования зависит в первую очередь от параметров гидросферы и гравитационного поля Земли, учёт которых при принятых математических моделях указанных полей, позволяет решать задачу автономной навигации с различной степенью точности. Системы коррекции инерциальной навигационной системы по внешней информации принципиально могут обеспечить требуемую точность определения координат местоположения надводного и подводного кораблей.

3. Важнейшим свойством магнитного поля является свойство отклонять жесткое космическое излучение, состоящего из ионизированных частиц, с большой проницаемой способностью.

Магнитное поле Земли учитывается при реализации некоторых принципов навигации. Под действием геомагнитного поля магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана. Это явление с древнейших времён используется для ориентирования на местности, прокладывания курса судов в открытом море, в геодезической и маркшейдерской практике, в военном деле и т.д.

Постоянство геомагнитного поля до высот в несколько радиусов Земли используется для ориентации и маневра космических аппаратов.

Справочная информация

Измерение магнитного наклонения

Марианская впадина. Название своё эта абсолютная глубина получила благодаря находящимся рядом Марианским островам. Вся впадина растянулась вдоль островов на полторы тысячи километров и имеет характерный V-образный профиль. По сути это обычный тектонический разлом, место, где Тихоокеанская плита заходит под Филиппинскую, просто Марианская впадина - это самое глубокое место такого рода) Склоны её крутые, в среднем около 7-9°, а дно - плоское, шириной от 1 до 5 километров, и разделённое порогами на несколько замкнутых участков. Давление на дне Марианской впадины достигает 108,6 МПа - это более чем в 1100 раз больше обычного атмосферного давления.

Задание на самоподготовку и подготовку к семинару по теме лекции:

1. Влияние параметров атмосферы на движение подвижных объектов воздушного базирования (на примере крылатой ракеты).

2. Влияние параметров гидросферы на движение подвижных объектов морского базирования (на примере управляемой торпеды).

Дата добавления: 2014-01-03