какая планета солнечной системы имеет собственное магнитное поле
Какая планета солнечной системы имеет собственное магнитное поле
Главная
Наблюдения в течение года
Каталог Мессье
Объекты Мессье
Презентации
Темы для изучения
Знаки астрономические, созвездия
Разное
Владельцы сайта
2075 дн. с момента
Наблюдательный тур Московской олимпиады по астрономии
Магнитное поле планет Солнечной системы и Солнца
Магнитное поле планет Солнечной системы и Солнца
1 эрстед равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс
У магнитного поля Меркурия наблюдается большой дисбаланс в направлении север-юг
Индукция магнитного поля на полюсах составляет 0,7 Гс, на экваторе – 0,31 Гс
И в 20 раз больше на полюсах
Индукция магнитного поля на уровне верхушек облаков составляет 3 Гаусса на экваторе и около 14 Гаусс на полюсах.
Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты – оно простирается на 650 миллионов километров (за орбиту Сатурна!).
В 1,5 раза слабее Земли
Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (в 1,5 раза слабее Земли)
Ось магнитного диполя с точностью до 1° совпадает с осью вращения планеты
В 1,3 раза слабее Земли
Магнитная ось планеты отклонена на 60° от оси вращения
Примерно как у Земли
Ось магнитного поля Нептуна наклонена на 47° к оси вращения планеты, и смещена от центра планеты на расстояние в 0,55 радиуса планеты. В результате, напряженность магнитного поля сильно варьирует по поверхности планеты — от 0,1 гаусс в северном полушарии до 1 гаусс в южном.
Магнитное поле Меркурия
У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.
Магнитное поле Меркурия
Оно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.
Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа. Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.
Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.
Магнитосфера
Она захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.
MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве. Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.
Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.
Магнитное поле «утренней звезды»
Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.
Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.
Общее строение планеты
Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.
Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.
Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.
Почему у Венеры нет магнитного поля?
Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.
Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.
Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.
Магнитные щиты планет. О разнообразии источников магнитосфер в солнечной системе
6 из 8 планет солнечной системы обладают собственными источниками магнитных полей, способные отклонять потоки заряженных частиц солнечного ветра. Объем пространства вокруг планеты, в пределах которого отклоняется от траектории солнечный ветер, именуется магнитосферой планеты. Несмотря на общность физических принципов генерирования магнитного поля, источники магнетизма, в свою очередь, сильно варьируются у разных групп планет нашей звездной системы.
Изучение разнообразия магнитных полей интересно тем, что наличие магнитосферы, предположительно, является важным условием для возникновения жизни на планете или ее естественном спутнике.
Железом и камнем
У планет земной группы сильные магнитные поля являются скорее исключением, чем правилом. Наиболее мощной магнитосферой в данной группе обладает наша планета. Твердое ядро Земли предположительно состоит из железоникелевого сплава, разогретого радиоактивным распадом тяжелых элементов. Эта энергия передается путем конвекции в жидком внешнем ядре в силикатную мантию (подробнее). Тепловые конвективные процессы в металлическом внешнем ядре до недавнего времени считались главным источником геомагнитного динамо. Однако исследования последних лет опровергают данную гипотезу.
Взаимодействие магнитосферы планеты (в данном случае Земли) с солнечным ветром. Потоки солнечного ветра деформируют магнитосферы планет, которые имеют вид сильно вытянутого магнитного «хвоста» направленного в противоположном от Солнца направлении. Магнитный «хвост» Юпитера тянется на более чем 600 млн км.
Предположительно источником магнетизма за время существования нашей планеты могло быть сложное сочетание различных механизмов генерирования магнитного поля: первичная инициализация поля от древнего столкновения с планетоидом; не тепловая конвекция различных фаз железа и никеля во внешнем ядре; выделения оксида магния из охлаждающегося внешнего ядра; приливное влияние Луны и Солнца и т.д.
Недра «сестры» Земли — Венеры практически не генерируют магнитного поля. Ученые до сих пор ведут споры о причинах отсутствия динамо эффекта. Одни обвиняют в этом медленное суточное вращение планеты, другие же возражают, что и этого должно было хватить для генерирования магнитного поля. Скорее всего, дело во внутренней структуре планеты, отличной от земной (подробнее).
Стоит оговориться, что Венера обладает так называемой индуцированной магнитосферой, создаваемой взаимодействием солнечного ветра и ионосферы планеты
Наиболее близок (если не сказать, идентичен) к Земле по длительности звездных суток Марс. Планета вращается вокруг своей оси за 24 часа, так же как и два вышеописанных «коллеги» гиганта состоит из силикатов и на четверть из железоникелевого ядра. Однако Марс на порядок легче Земли, и, по мнению ученых, его ядро остыло относительно быстро, поэтому планета не имеет динамо генератора.
Внутреннее строение железосиликатных планет земной группы
Парадоксально, но второй планетой в земной группе, которая может «похвастаться» собственной магнитосферой является Меркурий – наименьшая и самая легкая из всех четырех планет. Его близость к Солнцу предопределила специфические условия, при которых сформировалась планета. Так в отличие от остальных планет группы, у Меркурия чрезвычайно высокая относительная доля железа к массе всей планеты – в среднем 70%. Его орбита имеет наиболее сильный эксцентриситет (отношение ближайшей от Солнца точки орбиты, к наиболее удаленной) среди всех планет солнечной системы. Данный факт, а так же близость Меркурия к Солнцу усиливают приливное влияние на железное ядро планеты.
Схема магнитосферы Меркурия с наложенным графиком магнитной индукции
Научные данные, полученные космическими аппаратами, позволяют предположить, что магнитное поле генерируется движением металла в расплавленном приливными силами Солнца ядре Меркурия. Магнитный момент этого поля в 100 раз слабее Земного, а размеры сравнимы с размерами Земли, не в последнюю очередь из за сильного влияния солнечного ветра.
Магнитные поля Земли и планет гигантов. Красная линия — ось суточного вращения планет (2 — наклон полюсов магнитного поля к данной оси). Синяя линия — экватор планет (1 — наклон экватора к плоскости эклиптики). Магнитные поля представлены желтым цветом (3 — индукция магнитного поля, 4 — радиус магнитосфер в радиусах соответствующих планет)
Металлические гиганты
Планеты гиганты Юпитер и Сатурн обладают крупными ядрами из горных пород, массой в 3-10 земных, окруженные мощными газовыми оболочками, на которые, и приходиться подавляющая часть массы планет. Однако эти планеты обладают чрезвычайно крупными и мощными магнитосферами, и их существование нельзя объяснить лишь динамо-эффектом в каменных ядрах. Да и сомнительно, что при таком колоссальном давлении там вообще возможны явления, подобные тем, что происходят в ядре Земли.
Ключ к разгадке находится в самой водородно-гелиевой оболочке планет. Математические модели показывают, что в недрах этих планет водород из газообразного состояния постепенно переходит в состояние сверхтекучей и сверхпроводящей жидкости – металлический водород. Металлическим его называют из-за того, что при таких значениях давления водород проявляет свойство металлов.
Внутреннее строение Юпитера и Сатурна
Юпитер и Сатурн, как и свойственно планетам гигантам, сохранили в недрах большую тепловую энергию, накопившуюся в период формирования планет. Конвекция металлического водорода переносит эту энергию в газовую оболочку планет, определяя климатическую обстановку в атмосферах гигантов (Юпитер излучает в космос вдвое больше энергии, чем получает от Солнца). Конвекция в металлическом водороде в сочетании с быстрым суточным вращением Юпитера и Сатурна, предположительно и образуют мощные магнитосферы планет.
У магнитных полюсов Юпитера, как и на аналогичных полюсах остальных гигантов и Земли, солнечный ветер вызывает «полярные» сияния. В случае Юпитера, существенное влияние на его магнитное поле производят такие крупные спутники как Ганимед и Ио (виден след от потоков заряженных частиц, «текущих» с соответствующих спутников к магнитным полюсам планеты). Изучение магнитного поля Юпитера является основной задачей работающей на его орбите автоматической станции «Юнона». Понимание происхождения и структуры магнитосфер планет гигантов может обогатить наши знания о магнитном поле Земли
Ледяные генераторы
Ледяные гиганты Уран и Нептун так похожи друг на друга по размерам и массе, что их можно назвать второй парой близнецов в нашей системе, после Земли и Венеры. Их мощные магнитные поля занимают промежуточное положение между магнитными полями газовых гигантов и Земли. Однако и тут природа «решила» соригинальничать. Давление в железокаменных ядрах этих планет все еще слишком велико для динамо эффекта вроде земного, однако недостаточно для образования слоя металлического водорода. Ядро планеты окружено мощным слоем льда из смеси аммиака, метана и воды. Этот «лед» на самом деле представляет собой чрезвычайно нагретую жидкость, которая не вскипает исключительно из-за колоссального давления атмосфер планет.
Внутреннее строение Урана и Нептуна
Ось магнитного поля Урана, как и у Нептуна, сильно смещена относительно центра планеты. Справа сияние атмосферы у магнитных полюсов Урана (белое пятно) снятые телескопом Хаббла
Как и в случае с газовыми гигантами, тепло из недр планет передается конвективными процессами в атмосферу Нептуна и Урана. Математические модели показывают, что жидкость из метана, аммиака и воды обладает высокой электропроводимостью. На определенной глубине этой ледяной мантии, в тонкой прослойке, давление становиться благоприятным для того, что бы гидродинамический эффект от конвекции начал генерировать магнитные поля планет.
Магнитное поле планет солнечной системы
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Магнитное поле планет солнечной системы
Магнитогорск 201 7 г
А ннотация.
Одной из специфических особенностей нашей планеты является её магнитное поле. Все живые существа Земли миллионы лет эволюционизировали именно в условиях магнитного поля и без него существовать не могут.
Данная работа дала возможность расширить круг моих знаний о природе магнитного поля, его свойствах, о планетах Солнечной системы, обладающих магнитными полями, о гипотезах и астрофизических теориях происхождения магнитных полей планет Солнечной системы.
Раздел 1.Природа и особенности магнитного поля…………………………..6
1.1,Определение магнитного поля и его характеристики. ………………….
1.2.Графическое изображение магнитного поля……………………………
1.3.Физические свойства магнитных полей………………………………….
Раздел 2. Магнитное поле Земли и связанные с ним природные явления…. 9
Раздел 3. Гипотезы и астрофизические теории происхождения магнитного поля планет…………………………………………………………………………… 13
Раздел 4. Обзор планет Солнечной системы, обладающих магнитным
Раздел 5. Роль магнитного поля в существовании и развитии
Введение
Ученые выделили основные астрономические характеристики планет. К таким относят: Меркурий, Венера, Земля, Луна, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.
На наш взгляд одной из ведущих характеристик планет выступает магнитное поле
Актуальность нашего исследования заключается в уточнение особенностей магнитного поля ряда планет солнечной системы. Магнитное поле Земли ослабевает и это создает серьезную угрозу всему живому на планете. По оценкам ученых, этот процесс начался примерно 150 лет назад и в последнее время ускорился. К настоящему моменту магнитное поле планеты ослабело уже, примерно, на 10-15%.
В ходе этого процесса, как считают ученые, магнитное поле планеты постепенно ослабеет, затем практически исчезнет, а потом возникнет вновь, но будет иметь противоположную полярность.
Стрелки компасов показывавшие ранее на Северный полюс, начнут показывать на Южный магнитный полюс, место которого займет Северный. Отметим, что речь идет именно о магнитных, а не о географических полюсах.
Можно предположить, что пока будет проходить смена полюсов многое и на небе, и на земле, пойдет вразнос. Смена полюсов может обернуться авариями на высоковольтных линиях, сбоями в работе спутников, проблемами для астронавтов. Смена полярности приведет к значительному расширению озоновых дыр, а северное сияние станет появляться над экватором.
С серьезными проблемами столкнуться животные, ориентирующиеся по «природным» компасам. Рыбы, птицы и звери потеряют ориентацию, и не будут знать, в какую сторону надо мигрировать.
Однако, по мнению некоторых специалистов, у братьев наших меньших может и не возникнуть подобных катастрофических проблем. Перемещение полюсов займет около тысячи лет. Специалисты считают, что животные, ориентирующиеся по магнитным силовым линиям Земли, успеют приспособиться и выживут.
Несмотря на то, что окончательная смена полюсов, скорее всего, произойдет через сотни лет, сам этот процесс уже наносит ущерб спутникам. Последний раз, как считается, подобный катаклизм произошел 780 тысяч лет назад.
Следовательно: в эпохи, когда Земля не имеет магнитного поля, у нее исчезает защитный антирадиационный щит. Значительно (в несколько раз) увеличение радиационного фона может значительно влиять на биосферу.
Проблема исследования заключается в разрешении противоречия между необходимостью учета магнитного поля как одной из характеристик планет, и отсутствием учета данных, указывающих на соотношение магнитного поля Земли и других планет солнечной системы.
Цель систематизировать данные о магнитном поле планет солнечной системы.
1. Изучить современное состояние проблемы магнитного поля в научной литературе.
2. Уточнить ведущие физические характеристики магнитного поля планет.
3. Проанализировать гипотезы происхождения магнитного поля планет Солнечной системы, установить какие из них являются принятыми научным сообществом.
Объект : основные астрономические характеристики планет.
Предмет : выявление особенностей Магнитного поля как одной из основных астрономических характеристик планет.
Методы исследования: анализ, синтез, обобщение, систематизация значений.
Раздел 1. Магнитное поле
Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной.. Основную силовую характеристику магнитного поля назвали м агнитной индукцией. Эту величину принято обозначать буквой В.
При включении концов провода к источнику постоянного тока стрелка “отвернулась” от провода. Несколько магнитных стрелок, расставленных вокруг провода, развернулись определенным образом.
В пространстве вокруг провода с током существует силовое поле . В пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле. (Рис.1)
Магнитные стрелки помещенные на одинаковом расстоянии от прямого проводника с током, расположились в виде окружности.
1.2 Линии индукции магнитного поля.
Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Линиями индукции (или линиями вектора В) называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор В в данной точке поля. Очевидно, что через каждую точку магнитного поля можно провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке данного поля может быть только единственным, а значит, линии индукции магнитного поля прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) индукции магнитного поля в данном месте. Поэтому, изображая линии индукции, можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция по модулю и направлению.
1.3. Вихревой характер магнитного поля.
Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле.
Мелкие железные опилки расположились в виде окружностей, “опоясывающих” проводник. Если изменить полярность подключения источника тока то опилки развернутся на 180 градусов.
Магнитное поле кругового тока представляет из себя замкнутые непрерывные линии следующего вида: (Рис 5, 7)
Для магнитного поля, как и для электрического поля, справедлив принцип суперпозиции : поле В, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей Вт, порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности: т.е., чтобы найти силу, действующую на точку в пространстве, нужно сложить силы, действующие на неё, как показано на рисунке 4.
М агнитное поле кругового тока представляет собой некую восьмёрку с разделением колец в центре кольца, по которому течёт ток. Его схема показана на рисунке ниже: (Рис 6)
Таким образом: магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами.
О сновные свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущиеся заряды).
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды),
М агнитное поле характеризуют:
Графически магнитное поле изображают при помощи линий магнитной индукции
Раздел 2.Магнитное поле Земли и связанные с ним природные явления
2.1 Общая характеристика магнитного поля Земли
В любой точке пространства, окружающего Землю, и на её поверхности обнаруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве, окружающем Землю, создаётся магнитное поле. Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Северный магнитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Антарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности со скоростью около 5 0 за год из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430 км. Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного поля проходит всего под углом в 11,5 0 к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.
В идеальном и гипотетическом предположении, в котором Земля была бы одинока в космическом пространстве, силовые линии магнитного поля планеты располагались таким же образом, как и силовые линии обычного магнита из школьного учебника физики, т.е. в виде симметричных дуг, протянувшихся от южного полюса к северному.(рис 8) Плотность линий (напряжённость магнитного поля) падала бы с удалением от планеты. На деле, магнитное поле Земли находится во взаимодействии с магнитными полями Солнца, планет и потоков заряженных частиц, испускаемых в изобилии Солнцем. (рис 9)
С оставляющие геомагнитного поля Земли.
Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на следующие три основные части.
О сновное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10-20, 60-100, 600-1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5-2 раза.
П еременное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки намагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.
Следовательно: Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит.
Раздел 3. Гипотезы и астрофизические теории происхождения магнитного поля Земли
М еханизм гидромагнитного динамо
В ращающаяся гидросфера как возможный источник магнитного поля Земли.
Сторонники этой гипотезы предполагают, что проблема происхождения магнитного поля Земли, со всеми его вышеперечисленными особенностями, могла бы найти своё решение на основе единой модели, проясняющей, каким образом источник земного магнетизма связан с гидросферой. Об этой связи, считают они, свидетельствует множество фактов. Прежде всего, упоминавшийся выше «перекос» магнитной оси заключается в том, что она наклонена и смещена в сторону Тихого океана; при этом она расположена почти симметрично по отношению к акватории Мирового океана. Всё говорит о том, что сама морская вода, будучи в движении, порождает магнитное поле. Следует сказать о том, что эта концепция согласуется с данными палеомагнитных исследований, которые интерпретируются как свидетельства неоднократных переключений магнитных полюсов.
Уменьшение магнитного поля обусловлено деятельностью цивилизации которая приводит к глобальному закислению окружающей среды в основном через накопление в ней углекислого газа. Такая деятельность цивилизации, с учётом вышеизложенного, может оказаться для неё самоубийственной.
З емля как двигатель постоянного тока с самовозбуждением
Солнце 