Магнитосфера и космические ливни

Благодаря вращению и течению жидкой части металлического ядра Земли формируется магнитное поле с двумя полюсами: северным и южным. Земля представляет собой огромный магнит, ось которого лежит близко к оси вращения планеты.Ось магнитного поля проходит под углом 11,5^о к оси вращения планеты, поэтому магнитная стрелка компаса указывает не на истинный географический Северный полюс, а на Северный магнитный полюс. Кроме того, ось магнитного поля отстоит от центра Земли на 430 км. Зона проявления магнитных свойств Земли называется магнитосферой. Существование и форма магнитосферы определяются строением Земли.

В процессе эволюции происходило уменьшение скорости вращения планеты, при этом различные её слои тормозились по-разному. Проскальзывание слоя мантии по более плотному ядру привело к созданию геомагнитного поля. Раньше Земля вращалась быстрее, поэтому в ту пору геомагнитное поле было более мощным. Например, в девонский период год на Земле составлял 430 суток, а в пермский 380 суток. Геомагнитное поле является всепроникающим и миллиарды лет влияет на эволюцию организмов биосферы.

Рис. 2.8. Строение магнитосферы Земли: 1 – магнитопауза; 2 – Земля; 3 – радиационный пояс; 4 – фронт ударной волны; 5 – переходная область; 6 – плоскость геомагнитного экватора

Магнитное поле простирается почти на 80 тыс. км по направлению к Солнцу и уходит в бесконечность в противоположном направлении (рис. 2.8). Солнечный ветер обтекает планету вдоль магнитопаузы. Магнитосфера удерживает часть заряженных космических частиц солнечного ветра, образуя радиационный пояс Земли, охватывающий планету по геомагнитному экватору. Заряженные частицы в магнитном поле изменяют направление движения и движутся вдоль силовых линий из Северного полушария в Южное полушарие.

Считается, что без магнитного поля жизнь на Земле так же не развивалась бы, как без солнечной энергии и воды. Возникающие время от времени геомагнитные возмущения влияют на физико-химические процессы и направленность биохимических реакций. Во многих случаях магнитное поле определяет и поведение живых существ. Дикие животные избегают линий электропередач высокого напряжения. Когда на Солнце происходит вспышка, то в сторону Земли вырывается поток солнечной плазмы. Солнечный ветер повышает температуру частиц в верхних слоях атмосферы, меняет условия распространения радиоволн, возбуждает свечение и магнитные бури. Аномалии магнитного поля используют в качестве поисковых признаков полезных ископаемых.

Существует гипотеза, что Земля на протяжении своей истории наращивала и продолжает наращивать свою массу за счёт поступающих из космического пространства материальных частиц и энергии. Падающие на Землю первичные космические лучи состоят из ядер тех же химических элементов, которые входят в состав Земли, главным образом из ядер водорода. В их составе 92% протонов (ядра водорода), 6,6% альфа-частиц (ядра гелия), 0,8% ядер углерода, азота, кислорода.

Основная масса космических частиц имеет энергию более 1 ГэВ на нуклон, что в тысячи раз превышает энергию частиц в самых горячих частях Вселенной. Это означает, что большая часть достигающих Земли космических частиц возникает при взрывах сверхновых. Вспышка сверхновой – это взрыв звезды, при котором выбрасывается вещество с массой, превышающей несколько масс Солнца. Полный поток первичных космических частиц у границы земной атмосферы равен 1 с^–1∙см^–2, то есть каждую секунду через единичную площадку проходит одна частица. Удельная мощность потока космических лучей составляет 7∙10^–10 Дж/с∙см².

Основная часть первичных лучей со средней энергией 10 ГэВ при столкновении с ядрами расходует энергию на рождение в атмосфере элементарных частиц. Каждое столкновение образует множество заряженных частиц, что приводит к образованию в атмосфере электронно-фотонного каскадного ливня. Развитие такого ливня начинается на высоте около 25 км, общее число частиц в ливне достигает нескольких миллионов. Земля, как и все космические тела, поглощает приходящее извне вещество и за счёт этого растёт.

Ряд специалистов отстаивает существование в земных недрах ядерных превращений вещества. Например, протоны космических лучей с энергией более 100 ГэВ легко проходят сквозь атмосферу и поглощаются земными недрами. Подобные ядерно-активные частицы способны осуществлять ядерные превращения химических элементов. По этой причине вещество Земли постоянно эволюционизирует. Например, с участием нейтронов естественных энергий происходят реакции с испусканием α-частиц, что объясняет высокие концентрации гелия в земной коре:

Земля получает материи из космического пространства больше, чем теряет, возможно, поэтому её масса и размеры постоянно увеличиваются. Накопление и преобразование вещества происходит преимущественно в недрах, в результате земная кора испытывает растягивающие напряжения и разрывается. Извержения вулканов, землетрясения и расхождение дна океанов в какой-то степени могут быть следствием роста Земли за её счёт «космической подпитки».

Воду мы начинаем ценить не раньше, чем высыхает колодец.

Томас Фуллер