Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Вы уж извините, возможно, этот вопрос многим покажется глупым. Но меня, как человека изучающего географию, он сегодня сильно озадачил.

Было вот так.

Недавно скачала игру-викторину на телефон, там вопрос: "Куда показывает красная стрелка компаса?". Я с полной уверенностью отмечаю ответ "Север " и жду, когда загорится сигнал правильного ответа. Жду. Вдруг вижу, что ответ неправильный, а красная стрелка, оказывается, показывает на ЮГ ! Понимаю, что я вообще ничего не понимаю! Всю жизнь была уверена в обратном, всё-таки не раз ориентировалась по компасу и всегда выходила в нужную сторону. Пишу подруге, и мы начинаем недоумевать вместе.

Начала искать в интернете, оказывается, я не единственная, чьи умы будоражит этот вопрос. На нескольких сайтах, в том числе "Ответы mail.ru" все с полной уверенностью отвечают, что красная - юг.

В общем, что-то в этом духе, и, оказывается, те, кто не знает, что красный - юг, не учили географию в школе.

Оскорблённая, я решила всё-таки найти ответ экспериментальным путём, отыскала свою коллекцию компасов. (Они все исправные - я храню их в разных частях комнаты, чтоб не размагничивались. Рядом положила только для фото).

То, что я увидела, ещё сильнее меня озадачило.

* на среднем компасе буква S означает "SOUTH" - ЮГ

Вообще, насколько я знаю (а я ЗНАЮ), истинный северный магнитный полюс Земли находится в Тихом океане, около Антарктиды, а истинный южный - в районе Канадского Арктического архипелага. Тогда вполне логично, что красная стрелка показывает истинный южный полюс и, соответственно, географический СЕВЕР . Но ведь люди говорят по-другому, даже вопросы на эту тему составляются...

Так кто же всё-таки прав? Мы с подругой, мои компасы (а заодно и редакция журнала "Вокруг света") или же составители викторины и многочисленные пользователи интернета?!

Уважаемые участники сообщества. Пожалуйста, не ругайтесь, а просто объясните мне, в чём тут дело...

Стрелка магнитного компаса указывает на магнитные полюса Земли, а если быть точным, то располагается в магнитном поле Земли параллельно его магнитным силовым линиям. Это явление наблюдается как в северном, так и в южном полушариях. Но бывают и исключения, причем не так уж и редко.

Как правило, конец стрелки, указывающий на северный магнитный полюс, окрашивают в контрастный цвет.

Из чего сделана стрелка

Любая стрелка магнитного компаса сделана из ферромагнетика.

Ферромагнетик - это материал, который способен обладать намагниченностью даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В нем устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов и ионов, благодаря чему он и приобретает магнитные свойства. В видео объясняется это явление:

Однако при нагревании ферромагнетика до температуры Кюри указанный порядок разрушается и ферромагнетик становится парамагнетиком. Нагретый над огнем магнит утрачивает свои магнитные свойства. Именно на этом основан простейший способ размагничивания разнообразных магнитов, не исключая стрелки магнитного компаса.

Для того, чтобы намагнитить ферромагнетик заново, его температуру нужно понизить ниже точки Кюри и поместить его в магнитное поле - либо положить рядом с другим магнитом, либо намагнитить, сделав его сердечником электромагнита.

Почему магнитная стрелка поворачивается

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить, что такое магнитное поле. А магнитное поле - это силовое поле, которое может воздействовать на электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом.

Таким образом два магнита способны взаимодействовать друг с другом, при этом их одинаковые полюса будут отталкиваться, а противоположные - притягиваться. Так, северный и южный полюса будут стремиться соединиться, а вот южный с южным и северный с северным наоборот - будут мешать соединить два магнита.

Теперь рассмотрим стрелку магнитного компаса и нашу планету. Оба этих объекта являются магнитами, а значит и взаимодействуют друг с другом по вышеуказанному принципу. То есть северный конец стрелки тянется к южному полюсу Земли, а южный - к северному.

Но как же так? Ведь нам говорили, что северный конец стрелки показывает на север? В чем подвох?

Объясняется все очень просто: северный и южный магнитный полюса Земли переименовали и назвали в честь тех географических полюсов, какие находились в непосредственной близости к ним. Таким образом получается, что вблизи географического северного полюса на самом деле находится южный магнитный полюс Земли, который для удобства был назван северным магнитным полюсом, а в южном полушарии все в точности наоборот.

Взаимодействие между этими двумя магнитами не очень сильное. Если стрелку просто положить на землю, то она вряд ли сдвинется с места. Поэтому, чтобы не мешать ей поворачиваться в относительно слабом магнитном поле Земли, ее «садят» на шпиль, который выступает в роли оси, или, как в первых европейских моделях компасов, опускают на воду, уменьшая тем самым сопротивление при вращении до минимума.

Чтобы не спутать северный и южный концы стрелки, их обычно делают разными. Чаще всего концы стрелки могут отличаться по форме и цвету. Как правило, красным цветом выделяют северный конец стрелки, но бывают и исключения. О том, какими цветами и формой выделяют северную часть стрелки, а также о том, как определить северный конец стрелки самостоятельно, есть материал в отдельной статье (Устройство компаса).

Почему стрелка не показывает на истинный север

Как уже было сказано, стрелка магнитного компаса показывает направление на магнитные север и юг Земли. Однако местоположение магнитных полюсов не совпадает с местоположением истинных полюсов Земли. Кроме того, положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, причем скорость изменения непостоянна во времени и отличается у северного и южного магнитных полюсов, что связано с процессами, происходящими в недрах планеты.

Таким образом, утверждение о том, что стрелка магнитного компаса всегда показывает на истинный север, ошибочно.

Часто доводилось слышать, что на Аляске - самом крупном штаты США - стрелка магнитного компаса показывает не на север, а на восток. Это не совсем так. Если рассмотреть карту изогон магнитного склонения, то видно, что наибольшее отклонение стрелки на восток не достигнет даже 40°, а это не восточное направление, а северо-восточное. А вот если говорить о том, где стрелка компаса вместо севера покажет на запад, то такая территория есть - это Нунавут, недавно ставший частью Канады.

Карта изогон представлена ниже:

Однако при необходимости все же можно по показаниям магнитного компаса определить направление на истинные полюса Земли. Для этого нужно знать величину магнитного склонения, о которой мы рассказывали

Почему иногда стрелка не показывает на магнитный север

Если быть точным, то стрелка магнитного компаса не показывает точно даже на магнитные полюса Земли. Ее показания в этом случае являются приблизительными.

На самих магнитных полюсах стрелка магнитного компаса будет стремиться занять вертикальное положение, поскольку линии магнитного поля Земли, параллельно которым располагается стрелка, на этих территориях расположены перпендикулярно к плоскости горизонта. Таким образом, северная часть стрелки будет смотреть вниз на северном полюсе, а южная - на южном.

Однако бывают ситуации, когда показания магнитной стрелки достаточно сильно отклоняются от «нормы», и тогда без дополнительных поправок в расчетах можно получить большие ошибки.

Такие отклонения могут быть связаны с рядом причин. Рассмотрим некоторые из них.

Это, например, происходит в областях магнитных аномалий, где направление силовых линий магнитного поля Земли сильно отличается от направления силовых линий магнитного поля в соседних областях. Карты с такими участками иногда имеют заметку о том, что изображенная местность относится к магнитным аномалиям.

Иногда при некорректной работе на показания магнитной стрелки могут влиять различные ферромагнетики, находящиеся рядом. Обычно их влияние присутствует всегда, но из-за их удаленности от стрелки такое влияние ничтожно мало по сравнению с влиянием магнитного поля Земли. Если же источник постороннего магнитного поля (ферромагнетик или проводник, по которому течет электрический ток) оказывается слишком близко к стрелке, то его влияние может оказаться заметным, а зачастую и стать преобладающим, что негативно скажется на результатах проводимых с помощью компаса измерениях.

В конце концов, на ошибку в показаниях магнитного (да и не только магнитного) компаса может повлиять его неисправность. Это не такая уж редко встречаемая ситуация, поэтому к ней нужно отнестись со всей ответственностью, .

Вспомогательные «стрелочные» элементы компаса

Для обеспечения корректной работы основного элемента компаса - магнитной стрелки - в этом устройстве предусмотрен ряд вспомогательных элементов. Ознакомимся с некоторыми из них.

Колба. Она позволяет защитить стрелку от механических повреждений, утери и от влияния ветра и дождя.

Жидкость в колбе. Она служит для быстрой стабилизации стрелки. Компасы, колба которых заполнена специальной жидкостью, называются жидкостными. В «воздушных» моделях для этой цели использовался латунный корпус, уменьшающий колебания стрелки за счет возникновения индукционных токов. Однако, если сравнивать два варианта стабилизации, то в случае с жидкостью любые колебания стрелки затухают намного быстрее.

Арретир. Это специальный стопор для остановки стрелки, чаще всего представляющий собой небольшой рычажок-фиксатор. Он позволяет удерживать стрелку в неподвижном состоянии, предотвращая ее хаотичные колебания во время движения человека по маршруту.

Как сделать стрелку для компаса своими руками

В аварийной ситуации, которая произошла за пределами цивилизации, может понадобится сконструировать примитивный компас.

В качестве стрелки для такого компаса допустимо использовать любые небольшие изделия из ферромагнетиков. Чаще всего в качестве стрелки для самодельного компаса используют намагниченную швейную иглу, хотя с тем же успехом в этой роли выступают и другие предметы, например, английская булавка или рыболовный крючок.

Подробнее о том, как сделать компас из подручных материалов, можно прочитать в

Кстати, в древнем Китае, где был изобретен первый магнитный компас, в качестве стрелки использовали специальную намагниченную ложку, свободно вращающуюся на гладкой доске.

Как сориентироваться по стрелке компаса

С помощью работающей магнитной стрелки можно решать разные задачи, но для ориентирования важны в первую очередь две - определение сторон света и определение направления, в котором нужно двигаться.

Для того, чтобы определить стороны света, нужно с помощью стрелки найти направление на север и стать к нему лицом. Теперь позади окажется юг, справа - восток, а слева - запад.

Чтобы по стрелке компаса выбрать направление дальнейшего движения, зная азимут, нужно определить по показаниям стрелки направление на север, а затем от него по часовой стрелке отмерить угол, соответствующий нужному магнитному азимуту.

Как видим, в работе магнитной стрелки, как и самой стрелке нет ничего загадочного и противоречивого. Все вполне объясняется законами физики и знаниями об окружающем нас мире. Именно эти знания, накопленные предыдущими поколениями, позволяли людям выживать и привели к расцвету человеческую цивилизацию, и именно эти знания в наши дни становятся на помощь тем, кто оказались в аварийных условиях вдали от цивилизации или попросту заблудился в лесу, отправившись за грибами.

Наверное, каждый знает, что такое компас - этот прибор издавна применяется и установлен сейчас буквально в каждом электронном гаджете. Компас напоминает часы, только указывающие не на время, а на направления света: север, юг, запад и восток. Как ни крути, стрелка компаса всегда показывает на север - почему же? Все дело в полюсах и магнитном поле Земли.

Для чего используют компас?

Компас - весьма полезное устройство, когда нужно сориентироваться в незнакомой местности - в море, в лесу или в пустыне. Морские путешественники и экспедиторы используют этот прибор с XIV века. Синяя стрелка или магнитная сторона, как правило, всегда показывает на северный горизонт (N - north), красная стрелка - на юг (S - south). С лева направо стрелки указывают на запад и восток (W - west, E - east). Также бывают и промежуточные направления - северо-запад, юго-восток и так далее.

Так почему стрелка компаса всегда показывает на север? Вообще, направление компаса указывает не на действительный полюс, проходящий через ось вращения Земли, а на полюс магнитный. Основой работы прибора является магнитное поле планеты, а не географические полюса. Так, если направиться по компасу прямо на север, дорога приведет к острову Сомерсет, который находится в 2,1 тысяч километрах от действительного географического северного полюса. Кроме того, эта точка постепенно "дрейфует" на 0,5 % каждое десятилетие.

Ориентиры прибора работают по принципу магнитов, то есть Земли и намагниченного указателя - вот почему стрелка компаса всегда показывает на север.

История создания

Создание компаса относят к европейским изобретателям XII века. Изначально механизм был весьма лаконичным: намагниченная стрелка, закрепленная на пробке, была помещена в сосуд с водой. Затем ориентир в виде стрелки стали закреплять на дне чаши и устанавливать по оси координат.

Значительно усовершенствован ориентир направлений света был в XIV веке итальянским капитаном Флавио Джойем: был создан циферблат и размещен намагниченный указатель на шпильке.

По летописям Древнего Китая компасы были созданы намного раньше - за два или три тысячелетия до нашей эры. Согласно легенде, император Хуан-ди нашел путь из пустыни с помощью компаса. Во время преследований монгольской армии их войска сбились с пути и заблудились в пустыне. У Хуан-ди была фигурка в виде человечка, всегда указывающей на юг. Закрепив человечка на колеснице, он повел свои войска по указанному направлению и вывел их из пустыни.

Показатели компаса

Всегда ли стрелка компаса показывает на север? Оказывается, нет. Устройство может указывать направление неточно при различных обстоятельствах. Например, при солнечной активности - магнитных бурях или солнечных ветрах. Стрелка компаса может некорректно показывать также возле электронных гаджетов, которые при работе создают некое электромагнитное поле.

В так называемых зонах магнитных аномалий - в Курске или Медведицкой гряде, компас и вовсе теряет всякую координацию: начинает показывать север вместо южной стороны, или запад вместо востока. Помимо прочего, основанием неправильной работы компаса могут быть магниты или металлические предметы, находящиеся около прибора.

Таким образом, компас, как механическое устройство, может варьировать показатели, в зависимости от содержания металлических, железосодержащих веществ, магнитных полей Земли или солнечной активности.

Гироскопический компас

Компасы изготавливаются не только на основании магнитов, их еще делают по принципу гироскопа - устройства с вращающимся диском (пример: волчок или юла). Эти приборы, которые еще называют - гирокомпасы, широко распространены в ракетной технике или в морской навигации.

В гироскопических приборах всегда отражается истинный полюс, куда и показывает стрелка компаса. Другими словами, это точка, через которую проходит ось, вокруг которой вращается Земля. Преимуществом гироскопических компасов является их меньшая чувствительность к магнитным полям, которые могут вызвать какие-либо металлические детали, например, части корабля или судна.

Электронного же типа компасы с GPS-навигатором используются в смартфонах или других гаджетах.

Итак, если подытожить, почему стрелка компаса всегда показывает на север. Максимальное количество зарядов находится на магнитных полюсах Земли. Исходя из этого, указатель компаса перераспределяется по меридиану на противоположные заряды - на север и юг.

Самым простым и древним навигационным устройством является компас. Он позволяет ориентироваться на местности: его магнитная стрелка всегда указывает на север. Этот прибор имеет древнее происхождение, с ним связано много интересных историй. Указывающая на север стрелка компаса позволяет найти путь, причем по компасу его искали задолго до Рождества Христова.

Причем тут китайцы

Многие изобретения, которыми мы пользуемся, придумали китайцы, и компас - не исключение. Есть разные сведения о появлении компасов. По одним, они были изобретены еще за 3 тысячи лет до нашей эры, а другие утверждают, что компасы появились примерно в 200 году до нашей эры. Первое предположение основывается больше на мифах, чем на фактах.

В Китае во времена правления императора Хуан-ди был изобретен первый компас. Он помог ему найти путь в пустыне и спас войско от гибели. Однако исторических фактов об этом случае нет.

По другой версии, стрелками компаса стали пользоваться во времена династии Хань. Древнее устройство представляло собой намагниченный предмет. Стрелка компаса всегда указывала одно и то же направление.

Есть достоверные сведения о временах династии Сунь. Факты показывают, что в ХХ веке нашей эры китайцы ориентировались по компасу, определяли стороны света.

Из Китая по планете

Из Китая компас попал к арабам. Они считались хорошими мореходами, но даже им нужны были навигационные устройства. Стрелка компаса всегда указывает в одно и то же направление, следовательно, ориентироваться по такому устройству легко. Арабам пришлась по вкусу идея компаса, правда, в те времена в качестве ориентира использовали воду и намагниченный металлический предмет, который опускали в емкость. Он поворачивался в одну и ту же сторону. В таком виде древний компас попал в европейские страны, где был жизненно необходим компас, и они быстро придумали, как усовершенствовать арабское устройство.

После недолгих размышлений Ф. Джойя придумал аппарат, позволяющий более точно ориентироваться по сторонам света. А чтобы сузить ориентиры, сделав их как можно более точными, циферблат компаса разделили на 16 делений. Стрелка компаса была установлена на шпильку, а, чтобы уменьшить трение в оси, в чашу наливали воду. С тех пор устройства сильно изменились. Но сама задумка разработчика до сих пор применяется в современных компасах.

Виды компасов

Для разных областей применяют разные виды устройств. И здесь возникает вопрос: а если они разные, то куда показывает компас, и какой самый точный?

В современном мире используют следующие виды компасов:

Ориентация в пространстве

Зная, какая стрелка компаса показывает на север, можно найти любой путь. Ну, или почти любой. Если, конечно, человек не находится в зоне магнитной бури, где стрелка компаса может вести себя совершенно непредсказуемо.

Всем известно, что есть четыре стороны света: север, юг, запад и восток. То, где находятся эти стороны света, определяется земными полюсами.

Изменение направления

Казалось бы, компас - это то устройство, которое неспособно обмануть, но это не так. Каждое устройство может выйти из строя, и компас - не исключение. Поэтому, чтобы точно определить показания компаса, куда показывает красная стрелка прибора, в правильном ли направлении, стоит исключить следующее:

1. Нет ли рядом сторонних магнитов. При расположении поблизости других магнитов стрелка компаса будет отклоняться и покажет неверное направление.
2. Расположение рядом электронного устройства. Даже самый простой смартфон создает вокруг себя электромагнитное поле, которое создает помехи, и стрелки компаса отклоняются в неверном направлении.
3. На точность показателей влияет магнитная буря, солнечный ветер.
4. Помехи создаются в аномальных зонах. На нашей планете есть несколько подобных зон, где происходят непонятные вещи. К примеру, Курская магнитная аномалия, где компасы «сходят с ума».

Не всегда навигационное устройство показывает правильно, в некоторых случаях оно дает погрешности. Они могут быть вызваны залежами руды, и не только.

Направление стрелок

На компасе обычно одна стрелка, разделенная на две части, или же две стрелки, направленные противоположно. В классическом варианте они окрашены в синий и красный цвета. Синяя стрелка или та, у которой есть треугольник на кончике, всегда показывает на север, а красная или широкая бесформенная - на юг. Иногда устройства оснащаются стрелками других оттенков. Например, зеленного цвета. При использовании таких приборов возникает вопрос: а куда указывает зеленая стрелка компаса? Обычно на юг всегда указывает красная или розовая стрелка, а другие оттенки - это указатели северного направления. Теперь вы знаете, куда указывает зеленая стрелка компаса. На север.

Помимо зеленого цвета, северная стрелка может быть окрашена в белый, желтый, серебристый цвета, а также в черный. Возможны другие исполнения стрелок. Они могут быть окрашены в один цвет, но иметь разную форму. Всегда во всех моделях компасов стрелка, указывающая северное направление, меченая. Это могут быть метки разных оттенков, а могут быть различные формы стрелок в виде треугольника. В старых моделях южный кончик обозначен красным цветом, а в новых он может быть любым, а красная стрелка может указывать на север. Это стоит учитывать перед тем, как начать пользоваться устройством.

Заключение

Перед тем как отправиться в поход с компасом, стоит сразу же, при выходе из дома, определить, куда нужно будет вернуться. Ведь в каждом районе магнитное поле разное, а, значит, стрелки не всегда будут указывать строго на север, а покажут направление магнитных линий на данной местности. Также стоит учитывать, что направление показаний стрелок могут изменяться с течением времени.

02.07.2009

Этому вопросу больше двух тысяч лет. Человечество использовало компас веками, но понимание, куда именно указывает стрелка компаса, появилось совсем недавно. Компас – древнее изобретение. Одно из первых упоминаний о «магнитной игле» найдено в древнекитайском альманахе, составленном во втором веке. «Магнит следует материнскому принципу. Игла выкована из железа (а оно первоначально было камнем) и суть матери и сына состоит в том, что они оказывают взаимное влияние, они общаются. Суть иглы состоит в том, чтобы вернуться к первоначальной полноте. Тело её очень легкое и прямое, оно должно отражать прямые линии. Оно реагирует на Ци своей ориентацией».

В XI веке ученый, политик и философ Шэнь Ко обнаруживает, что в некоторых местах компас не всегда указывает на север: «смещается немного к востоку вместо того, чтобы указать точно на юг», но объяснить причины этого явления он не может. Поэтому, в поисках объяснения не всегда одинакового поведения компаса нужно обратиться к истории изучения магнетизма учеными Европы, куда китайский компас попал в XII веке благодаря арабским купцам и путешественникам. И хотя Шэнь Ко еще в XI веке предложил ввести двадцать четыре деления направлений вместо восьми приняных в Китае в то время, и это нововведение «прижилось» в китайских мореходных компасах начиная с XII века, в Европу компас попал в более примитивном виде. Поэтому, европейской науке предстояло фактически открыть все заново.

Появление компаса в Европе

Первая «европейская» трактовка принципа действия компаса обнаружена в письме военного инженера Петруса Перегринуса, написанном в 1269-м году. Перегринус не только описывал свои эксперименты с компасом, но и размышлял о природе магнетизма и магнитных полюсах, отталкивании и притяжении. Невероятно, но ему удалось выдвинуть сразу три гипотезы, которые подтвердились спустя века:

1. Двуполярность земного магнетизма
2. На полюсах магнитные силы направлены вертикально
3. Магнитная сила растет при приближении к полюсу.

Именно Перегринус предложил названия полюсов магнита. Конец стрелки, указывающий на Север, он предложил называть северным полюсом, а противоположный – южным. Он доработал компас. В то время компас представлял собой плавающий в сосуде магнит, без какой либо разметки. Перегринус добавил в компас градуированную шкалу и соединил компас с морской астролябией, что дало возможность определять с помощью такого компаса азимуты небесных светил. Наряду с этими удивительными догадками и нововведениями, он допускал и ряд заблуждений. В частности, он не считал способность магнитной стрелки указывать на север следствием фундаментальных свойств магнита или Земли. Он склонялся к тому, что магнитная стрелка указывает на Полярную звезду. Его мысль заключалась в том, что Полярная звезда расположена на небесной оси, вокруг которой вращаются 10 небесных сфер. Если эта звезда настолько сильна, что вокруг нее вращаются звезды, то и магнитная стрелка занимает положение в соответствии с направлением на неё. Эта теория сейчас нам может показаться наивной, но для того времени (напоминаю, XIII век) она была смелой и прогрессивной. В те времена было принято считать, что стрелка компаса притягивается находящейся на Северном полюсе огромной магнитной горой. Это поверье бытовало вплоть до XVI-го века.

И теория Полярной звезды, и теория магнитной горы были ошибочными. Сомнения зародились, когда компас стал широко использоваться в качестве морского навигационного прибора. Моряки заметили, что в некоторых местах стрелка компаса сильно отклоняется от направления на Полярную звезду, и это вызывало проблемы в навигации. Но моряки – народ сообразительный, они стали отмечать на картах значения отклонения. Первые мореходные карты с отметками магнитного склонения появились в Германии в XV веке.

Начало массового наблюдения за магнитным склонением

XV-XVI века – эпоха великих открытий мореплавателей. После открытия Америки внимание Европы было устремлено за океан, а чем дальше в море уходили корабли, тем выше становилась цена ошибки в навигации, и тем большее внимание стало уделяться картированию магнитных склонений. Были разработаны специальные приборы, облегчающие эту задачу. Явление стало массовым, и благодаря этому довольно быстро удалось собрать значительное количество измерений. Измерения показывали, что в разных местах компас по-разному отклоняется от направления на Полярную звезду, и в большинстве случаев указывает не на нее. Наука конца XV – начала XVI века еще не «разгадала» явление магнетизма и поэтому искала разные пути объяснить отклонение компаса от Севера.

Первая попытка «вычислить» магнитный полюс

В 1546-м году известный картограф Меркатор предпринял первую попытку «вычислить» местоположение Северного полюса, нанеся на карту линии, соответствующие показаниям компаса в разных точках. Он полагал, что эти линии должны пересечься в одной точке – Полюсе. Попытка оказалась безуспешной, линии не сошлись в одну точку, Полюс найти не удалось. Но Меркатор не оставлял идею и искал другие подходы к задаче. Спустя два с лишним десятка лет, в 1569-м году он впервые опубликовал карту, на которой был показан полюс, да еще как! Он изобразил приполярные области в виде огромного материка, разделенного четырьмя протоками, в центре, на полюсе, огромная чёрная гора, в отдалении, за пределами полярного материка, еще одна гора, поменьше, а не некотором расстоянии от нее маленькая точка. Еще один полюс. Первая гора обозначена как Северный полюс, вторая – как «Polus magnetis respectu insularum capitis Viridis», а возле точки написано «Polus magnetis respectu Corui insule». И пусть Меркатор поместил свой Магнитный полюс «между Сибирью и Калифорнией», но сама идея разделить географический и магнитный полюса вызывает уважение, а введение дополнительного магнитного полюса - восхищение. Как-никак, это было в середине XVI века, когда еще была в ходу теория «магнитной горы».

Развитие науки о земном магнетизме

XVI век в истории изучения геомагнетизма ознаменован не только картой Меркатора, но и открытием еще одной характеристики магнитного поля – магнитного наклонения. В 1576-м году английский физик Роберт Норман, экспериментируя с плавающей в жидкости магнитной иглой, заметил, что игла изменяет свое положение не только в горизонтальной плоскости, но и вертикальной. Т.е. к концу XVI века исследователи знали о магнитном склонении, магнитном наклонении и о силах, действующих между магнитами. До главного вывода о причинах поведения магнитной стрелки оставалось рукой подать, и в 1600-м году это наконец произошло.

Английский физик Уильям Гилберт опубликовал книгу «De Magnete. О магните, магнитных телах и о великом магните - Земле», в которой высказал революционную мысль, о том, что Земля сама по себе – большой магнит. Используя небольшую модель Земли, сделанную из природного магнитного материала, Гилберт продемонстрировал, что ее свойства и поведение вблизи нее магнитной стрелки в точности совпадают с тем, что наблюдают исследователи в разных точках планеты. Гилберт отметил, что вблизи полюсов модели магнитная стрелка занимает вертикальное положение и тем самым дал определение истинного магнитного полюса.

Гилберт верил в то, что магнитный и географический полюса совпадают. На его модели Земли они совпадали. Конечно, он знал о магнитном склонении, но объяснял его не различными координатами полюсов, а тем, что в материках содержится больше магнитных элементов, чем в океане.

Открытие Гилберта вызвало переворот в подходах к изучению земного магнетизма и привлекло новых ученых к этой задаче. Возросшее количество измерений и данных о магнитном склонении указывало на несостоятельность теории магнитного поля как пары полюсов. Математик Леонард Эйлер попытался объяснить феномен магнитного склонения «сдвинув» ось магнитного поля так, чтобы она проходила не через центр Земли, но и этого оказалось недостаточно. Похоже, что нужно было больше полюсов.

Несколько полюсов?

В 1701-м году, известный астроном Эдмон Галлей опубликовал первую карту магнитных склонений в Атлантическом океане. В ходе многолетнего плавания Галлей собирал и обобщал данные измерений и убедился в замеченном ранее факте – показания компаса в одних и тех же местах меняются со временем , т.е. значение магнитного склонения непостоянно. Пытаясь найти объяснение этому явлению, он выдвинул теорию о том, что существует два северных полюса и два южных. Одну пару полюсов он поместил на поверхность Земли, а вторую – на внутреннюю сферу, находящуюся в 800-х километрах вглубь. Такая модель позволила ему объяснить имеющиеся данные о магнитном склонении, а характер их изменений со временем объяснялась разными скоростями смещения полюсов на внешней и внутренней сферах.

Идея множественности магнитных полюсов получила развитие в начале XIX века. В 1819-м году норвежский ученый Кристофер Ханстин опубликовал трактат «Исследования магнетизма Земли», в котором обобщил все известные к тому времени данные об измерениях и попытался построить математическую модель, которая объясняла бы имеющиеся данные. По этой модели было видно, что одной пары полюсов недостаточно, нужна еще одна пара. В дополнение к паре «первичных» полюсов расположенных на севере Канады и в восточной части Антарктиды он ввел еще два полюса: в Сибири и в юго-восточной части Тихого океана.

Математические модели магнитного поля

Идея Ханстина построить математическую модель магнитного поля Земли была подхвачена Великим Гауссом. Будучи математиком, он решил не пытаться разобраться в устройстве магнитного поля, а разработать исключительно эмпирическую модель, которая описывает результаты измерений. В 1839-м году Гаусс опубликовал сразу две работы: «Напряженность земной магнитной силы, приведенная к абсолютной мере» и «Общая теория земного магнетизма», в которых представил как теоретическое обоснование метода измерения, так и совершенно новую модель магнитного поля Земли, основанную на его методе сферического гармонического анализа. Для этой модели не важно, сколько у Земли магнитных полюсов, сами полюса не играют никакой роли при анализе. Существование двух магнитных полюсов, по одному в каждом полушарии, являлось следствием анализа, а определялись полюса как «область на поверхности Земли, в которой горизонтальная составляющая поля равна нулю, а наклонение равно 90°». Тогда не все согласились с концепцией Гаусса, но сейчас его метод сферического гармонического анализа является универсальным, как и его определение магнитного полюса.

Построенная по модели Гаусса карта напряженности магнитного поля Земли показывает, что версии о нескольких магнитных полюсах имели под собой почву, а Ханстин вообще попал в точку с расположением своих дополнительных полюсов.

То, что они считали дополнительными полюсами сейчас называют крупнейшими магнитными аномалиями. Восточно-Сибирская магнитная аномалия – область с повышенным значением напряженности геомагнитного поля (по этому параметру превосходит даже Северный полюс), а в Южно-Атлантической напряженность поля, наоборот, самая низкая. Напряженность магнитного поля – только одна из его характеристик, есть еще магнитное склонение и магнитное наклонение, а сама напряженность раскладывается на составляющие – вертикальную и горизонтальную, которая в свою очередь раскладывается на северную и восточную. Карта значений магнитного склонения наглядно демонстрирует, что попытки «вычислить» Магнитный полюс по показаниям компаса были обречены на неудачу, компас не показывает на Север .

Гаусс был прав в том, что не стал тратить время на разгадывание устройства магнитного поля, геофизикам удалось это сделать только в следующем веке, когда были найдены объяснения, почему магнитное поле Земли неоднородно и меняется со временем .

Что влияет на магнитное поле Земли

Согласно сегодняшним представлениям, магнитное поле Земли является комбинацией нескольких магнитных полей, порождаемыми различными источниками.

1. Главное поле . Более 90% общего магнитного поля порождается во внешнем жидком ядре планеты. Главное поле меняется очень медленно.

2. Магнитные аномалии земной коры, вызванные остаточной намагниченностью горных пород. Изменения очень медленные.

3. Внешние поля , порожденные токами в ионосфере и магнитосфере Земли. Изменения очень скоротечные.

4. Электрические токи в коре и внешней мантии возбуждаемые изменениями внешних полей. Изменения быстрые.

5. Влияние океанических течений .

Существующие математические модели магнитного поля позволяют рассчитывать только вековые изменения. Краткосрочные возмущения, вызываемые изменяющеся Солнечной активностью этими моделями не учитываются, но учитывая то, что вековым изменениям подвержены как раз самые значимые составляющие, точность моделей очень высокая. Например, точность магнитного склонения в моделях WMM и IGRF до 30’, т.е. 0.5°. Конечно, существуют небольшие по плошади магнитные аномалии, которые не вписываются в глобальные модели, но их немного.

И не стоит думать, что термин «вековые изменения» говорит об их медлительности или незначительности. В качестве иллюстрации характера вековых изменений приводится таблица изменения магнитного склонения в четырех городах.

По этой таблице видно, что даже за такой непродолжительный в масштабах истории отрезок времени магнитное склонение в Пекине изменилось на 3°, в Москве – на 7°, в Киеве – на 8°, а в Санкт-Петербурге – на 9°. Что примечательно, в Киеве склонение поменяло направление с западного на восточное.

Направление магнитного склонения

Говоря о магнитном склонении, нужно понимать, что значит направление склонения. Посмотрите на следующий рисунок, на нем изображена взаимосвязь между склонением, магнитным азимутом (то, что мы определяем по компасу) и истинным азимутом (угол к направлению на географический Север). Проще говоря, если склонение восточное (на рисунке справа), то стрелка компаса смещается к востоку от направления на Истинный (географический) Север, а если склонение западное (на рисунке слева), то стрелка смещается к западу.

Как измененилось магнитное поле Земли за несколько столетий

Как видно из таблицы, магнитное поле Земли заметно изменилось за сто с небольшим лет, но еще интереснее выглядит картина изменений за более продолжительный срок. Как уже было сказано выше, наблюдение за компасными показаниями началось на рубеже XV-XVI веков и с тех пор не прекращалось, и благодаря этому мореходные карты сохранили бесценные для современной науки данные, по которым можно составить модель изменений магнитного поля Земли за четыре столетия. Этим воспользовались геофизики Эндрю Джексон и Метью Уокер из Университета Лидса совместно с историком Артом Йонкерсом из Университета Амстердама, которые в 2000-м году представили новую модель магнитного поля Земли gufm1 , построенную по данным, собранным с 1590 по 1990 год. Впечатляет объем данных, которые они для этого обработали. К примеру, за период до 1800-го года – более 83 тысяч индивидуальных измерений магнитного склонения в более чем 64 тысячах мест, и из них более 8 тысяч измерений относятся к XVII-му веку.

Наиболее наглядно данные модели gufm1 выглядят в виде видеоролика. Посмотрите, как изменялось магнитное склонение с 1590 по 1990 год. Оттенками желтого цвета закрашены области с западным склонением (чем темнее, тем больше склонение), а оттенками синего – области с восточным склонением. Градации цвета соответствуют 20° изменения магнитного склонения, т.е. показаны именно глобальные изменения.

Хорошо видно, что за четыре века на территории Центральной Европы сначала действовало восточное склонение, потом западное, и сейчас опять восточное. Интересная ситуация с территорией восточного Китая, линия нулевого склонения долгое время балансировала на побережье, но в последнее время наметилась четкая тенденция в сторону увеличения магнитного склонения в сторону восточного. А если вспомнить, что XI веке Шэнь Ко зафиксировал некоторое западное склонение, то тенденция станет еще более очевидной.

Выводы

Используя компас для определения направлений на местности нужно помнить, что:

1. В общем случае стрелка компаса не указывает ни на Северный, ни на Магнитный полюс, она показывает направление линий магнитного поля в данном месте.

2. Магнитное склонение – это угол между направлением на Северный полюс и направлением стрелки компаса.

3. Показания компаса в одном и том же месте могут меняться со временем.