Чтение онлайн

Магнитный экватор в случае Земли определяется как линия нулевого наклонения и не является большой окружностью сферы.

Магнитные полюса определяются как точки, в которых горизонтальная сила равна нулю, или где наклонение равно 90°. Существуют две таких точки, одна в северном, другая в южном районах, однако они не являются диаметрально противоположными, и соединяющая их линия не параллельна магнитной оси Земли.

468. Магнитные полюса - это точки, где потенциал V на поверхности Земли имеет минимум или максимум или стационарное значение.

В любой точке, где потенциал минимален, северный конец стрелки инклинометра показывает вертикально вниз, а если где-нибудь вблизи этой точки поместить компас, то северный конец его стрелки будет указывать в сторону этой точки.

В точках, где потенциал максимален, южный конец стрелки инклинометра показывает вертикально вниз, а южный конец стрелки компаса указывает в сторону этой точки.

Если на поверхности Земли существует p минимумов V, то должно иметься (p-1) других точек, в которых северный конец стрелки инклинометра указывает вниз, но где, однако, стрелка компаса, если её обносить по окружности около такой точки, вместо того, чтобы, вращаясь, указывать неизменно северным концом на центр этой окружности, будет вращаться в противоположном направлении, поворачиваясь к центральной точке то своим северным, то южным концом.

Если точки с минимумом потенциала назвать истинными северными полюсами, то эти другие точки можно назвать ложными северными полюсами, потому что стрелка компаса по отношению к ним ведёт себя неверно. При наличии р истинных северных полюсов должно иметься (p-1) ложных северных полюсов и аналогично при q истинных южных полюсах должно быть (q-1) ложных южных полюсов. Число одноимённых полюсов должно быть нечётным, так что преобладавшее одно время мнение о существовании двух северных и двух южных полюсов ошибочно. Согласно Гауссу, в действительности на земной поверхности имеется только один истинный северный полюс и только один истинный южный полюс и, следовательно, не существует ложных полюсов. Линия, соединяющая эти полюса, не совпадает с диаметром Земли и не параллельна земной магнитной оси.

469. Большинство ранних исследователей природы земного магнетизма пытались представить его как результат действия одного или нескольких стержневых магнитов, расположение полюсов которых подлежало определению. Гаусс был первым, кто выразил распределение земного магнетизма совершенно общим способом через разложение его потенциала в ряд по объёмным гармоникам, коэффициенты которых он определил для первых четырёх степеней. Общее число коэффициентов равно 24:3 - для первой степени, 5 - для второй, 7 - для третьей и 9 - для четвёртой. Все эти члены оказались необходимыми для того, чтобы с доступной точностью дать представление о действительном состоянии земного магнетизма .

Как отыскать, катя часть наблюдаемой магнитной силы обусловлена внешними, а какая внутренними источниками

470. Предположим теперь, что мы получили разложение магнитного потенциала Земли по сферическим гармоникам, согласующееся с истинным направлением и истинной величиной горизонтальной силы в каждой точке земной поверхности. Гаусс показал, как, исходя из значений наблюдаемой вертикальной силы, определить, обусловлены ли магнитные силы источниками внутри земной поверхности, такими как намагниченность или электрические токи, или же какая-то их часть непосредственно обязана источникам вне земной поверхности.

Пусть истинный потенциал разложен в двойной ряд по сферическим гармоникам:

V

=

A

1

r

a

+…+

A

i

r

a

i

+…+

B

1

r

a

– 2

+…+

B

i

r

a

– (i+1)

+… .

Первый ряд представляет часть потенциала, обусловленную внешними по отношению к Земле источниками, второй ряд представляет часть, обусловленную источниками в пределах Земли.

Наблюдаемая горизонтальная сила даёт нам сумму этих рядов при r=a (a - радиус Земли). Член i-го порядка равен Vi=Ai+Bi.

Наблюдения вертикальной силы дают нам Z=dV/dr, а член i-го порядка в выражении для aZ равен aZi=iAi– (i+1)Bi.

Следовательно, часть, обусловленная внешними источниками, равна

A

i

=

(i+1)Vi+aZi

2i+1

,

а часть, обусловленная источниками в пределах Земли,

B

i

=

iVi+aZi

2i+1

.

Разложение V к настоящему времени вычислено только для среднего значения V, относящегося к определённым или примерно определённым отрезкам времени. Представляется, что существенная часть этого среднего значения не может быть обусловлена причинами, внешними по отношению к Земле.

471. Мы пока ещё не достаточно знаем вид разложения солнечной и лунной частей вариаций V, чтобы установить этим методом, связана ли часть этих вариаций с магнитными,силами, действующими извне. Безусловно, однако, как показали вычисления Стоуни (Stoney) и Чамберса (Chambers), что главная часть этих вариаций не может быть вызвана непосредственным магнитным воздействием Солнца или Луны, если считать их магнитными1

1 Профессор Хорнштейн (Hornstein) из Праги открыл периодические изменения в магнитных элементах, период которых равен 26,33 суток, что почти точно совпадает с периодом синодического вращения Солнца, найденным по наблюдениям солнечных пятен вблизи экватора. Этот метод измерения периода вращения невидимого твердого тела Солнца по его действию на магнитную стрелку является первым взносом магнетизма в уплату его долга перед астрономией, Anzetger der k. Akad., Wien, June 15, 1871. См. Proc. R. S., Nov. 16, 1871.

472. Основные изменения магнитной силы, на которые было направлено внимание, следующие.

I. Относительно более регулярные вариации

(1). Солнечные вариации, зависящие от времени суток и времени года.

(2). Лунные вариации, зависящие от лунного часового угла и от других элементов положения Луны.

(3). Вариации, которые не повторяются в различные годы, но, по-видимому, принадлежащие к вариациям более длинного, порядка одиннадцати лет, периода.

(4). Кроме этого, существуют вековые изменения состояния земного магнетизма, которые происходят в течение всего времени с тех пор, как начали производиться магнитные измерения, и которые производят изменения магнитных компонент, значительно большие по величине, чем какие-либо вариации малого периода.

II. Возмущения

473. Помимо более регулярных изменений, магнитные элементы подвержены внезапным возмущениям той или иной степени. Обнаружено, что эти возмущения в какие-то интервалы времени оказываются более мощными и частыми, чем в другие, и тогда во время больших возмущений закономерности регулярных вариаций завуалированы, хотя во время малых возмущений они проявляются очень отчётливо. Поэтому этим возмущениям было уделено много внимания; было выяснено, что возмущения какого-то частного типа с большей вероятностью происходят в определённые времена суток, в определённые времена года или в определённые интервалы времени, хотя каждое отдельное возмущение появляется абсолютно нерегулярно. Время от времени наряду с этими более обычными возмущениями возникают чрезвычайно большие возмущения, сильно нарушающие магнетизм в течение одного или двух дней. Их называют Магнитными Бурями. Отдельные возмущения иногда наблюдаются одновременно на станциях, разнесённых на большие расстояния.