Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Венера по некоторым характеристикам очень похожа на Землю. Однако две эти планеты имеют и существенные различия, обусловленные особенностями формирования и эволюции каждой из них, и ученые выявляют все больше таких особенностей. Мы рассмотрим здесь подробнее один из отличительных признаков - особый характер магнитного поля Венеры, но сначала обратимся к общей характеристике планеты и некоторым гипотезам, затрагивающим вопросы ее эволюции.

Венера в Солнечной системе

Венера - вторая по близости к Солнцу планета, соседка Меркурия и Земли. Относительно нашего светила она движется по практически круговой орбите (эксцентриситет венерианской орбиты меньше, чем земной) на расстоянии в среднем 108,2 млн км. Следует отметить, что эксцентриситет - величина изменчивая, и в далеком прошлом он мог быть иным вследствие гравитационных взаимодействий планеты с другими телами Солнечной системы.

Естественных не имеет. Существуют гипотезы, согласно которым некогда у планеты был крупный спутник, впоследствии разрушенный действием приливных сил либо утраченный.

Некоторые ученые полагают, что Венера испытала столкновение по касательной с Меркурием, в результате чего последний был отброшен на более низкую орбиту. Венера же изменила характер вращения. Известно, что планета вращается крайне медленно (как, кстати, и Меркурий) - с периодом около 243 земных суток. Кроме того, направление ее вращения противоположно таковому у прочих планет. Можно сказать, что она вращается, как бы перевернувшись вниз головой.

Основные физические черты Венеры

Наряду с Марсом, Землей и Меркурием, Венера то есть является сравнительно небольшим скалистым телом преимущественно силикатного состава. Она сходна с Землей по 94,9% земного) и массе (81,5% земной). Скорость убегания на поверхности планеты составляет 10,36 км/с (на Земле - примерно 11,19 км/с).

Из всех планет земной группы Венера обладает наиболее плотной атмосферой. Давление на поверхности превышает 90 атмосфер, средняя температура около 470 °C.

На вопрос, имеет ли Венера магнитное поле, существует следующий ответ: собственного поля у планеты практически нет, но благодаря взаимодействию солнечного ветра с атмосферой возникает «ложное», наведенное поле.

Немного о геологии Венеры

Подавляющая часть поверхности планеты сформирована продуктами базальтового вулканизма и представляет собой совокупность лавовых полей, стратовулканов, щитовых вулканов и прочих вулканических структур. Ударных кратеров обнаружено мало, и на основании подсчета их количества был сделан вывод о том, что не может быть старше полумиллиарда лет. Признаки тектоники плит на планете не прослеживаются.

На Земле тектоника плит совместно с процессами мантийной конвекции служит главным механизмом теплоотдачи, но для этого требуется достаточное количество воды. Надо думать, на Венере из-за недостатка воды тектоника плит либо прекратилась еще на раннем этапе, либо вообще не состоялась. Так что избавляться от излишков внутреннего тепла планета могла только путем глобального поступления на поверхность перегретого мантийного вещества, возможно, с полным разрушением коры.

Именно такое событие могло иметь место около 500 млн лет назад. Не исключено, что в истории Венеры оно было не единственным.

Ядро и магнитное поле Венеры

На Земле глобальное генерируется благодаря динамо-эффекту, создаваемому особой структурой ядра. Внешний слой ядра расплавлен и характеризуется наличием конвективных токов, которые совместно с быстрым вращением Земли создают достаточно мощное магнитное поле. Кроме того, конвекция способствует активной теплопередаче от внутреннего твердого ядра, содержащего много тяжелых, в том числе радиоактивных элементов, - основного источника разогрева.

Судя по всему, на соседке нашей планеты весь этот механизм не работает из-за отсутствия конвекции в жидком внешнем ядре - вот почему у Венеры нет магнитного поля.

Почему Венера и Земля столь различны?

Причины серьезного структурного различия двух похожих по физическим характеристикам планет пока не вполне ясны. Согласно одной из недавно построенных моделей, внутренняя структура скалистых планет формируется послойно, по мере прироста массы, а жесткая стратификация ядра препятствует конвекции. На Земле же многослойное ядро, предположительно, было разрушено на заре ее истории в результате столкновения с достаточно крупным объектом - Тейей. Кроме того, итогом этой коллизии считается возникновение Луны. Приливное воздействие крупного спутника на земную мантию и ядро также могут играть значительную роль в конвективных процессах.

Другая гипотеза предполагает, что изначально магнитное поле у Венеры было, однако планета утратила его по причине тектонической катастрофы или серии катастроф, речь о которых шла выше. Помимо этого, в отсутствии магнитного поля многие исследователи «винят» слишком медленное вращение Венеры и малую величину прецессии оси вращения.

Особенности венерианской атмосферы

Венера имеет чрезвычайно плотную атмосферу, состоящую главным образом из углекислого газа с малой примесью азота, сернистого ангидрида, аргона и некоторых других газов. Такая атмосфера служит источником необратимого парникового эффекта, не позволяя поверхности планеты сколько-нибудь остыть. Возможно, за состояние атмосферы «утренней звезды» также ответственен вышеописанный «катастрофический» тектонический режим ее недр.

Наибольшая часть газовой оболочки Венеры заключена в нижнем слое - тропосфере, простирающейся до высот около 50 км. Выше лежит тропопауза, а над ней - мезосфера. Верхняя граница облаков, состоящих из диоксида серы и капель серной кислоты, находится на высоте 60-70 км.

В верхних слоях атмосферы газ сильно ионизируется солнечным ультрафиолетом. Этот слой разреженной плазмы называется ионосферой. На Венере он расположен на высотах 120-250 км.

Индуцированная магнитосфера

Именно взаимодействие заряженных частиц солнечного ветра и плазмы верхней атмосферы определяет, есть ли магнитное поле у Венеры. Силовые линии магнитного поля, несомого солнечным ветром, огибают венерианскую ионосферу и образуют структуру, называемую индуцированной (наведенной) магнитосферой.

Эта структура имеет следующие элементы:

• Головная ударная волна, расположенная на высоте приблизительно в треть радиуса планеты. На пике солнечной активности область встречи солнечного ветра с ионизированным слоем атмосферы значительно приближается к поверхности Венеры.
• Магнитослой.
• Магнитопауза - собственно граница магнитосферы, находящаяся на высоте около 300 км.
• Хвост магнитосферы, где растянутые магнитные силовые линии солнечного ветра выпрямляются. Длина магнитосферного хвоста Венеры составляет от одного до нескольких десятков радиусов планеты.

Хвост характеризуется особой активностью - процессами магнитного пересоединения, ведущими к ускорению заряженных частиц. В полярных областях в результате перезамыкания могут формироваться магнитные жгуты, подобные земным. На нашей планете перезамыкание магнитных силовых линий лежит в основе явления полярных сияний.

То есть Венера имеет магнитное поле, формируемое не внутренними процессами в недрах планеты, а влиянием Солнца на атмосферу. Это поле весьма слабое - интенсивность его в среднем в тысячу раз слабее, чем у геомагнитного поля Земли, однако оно играет определенную роль в процессах, протекающих в верхней атмосфере.

Магнитосфера и устойчивость газовой оболочки планеты

Магнитосфера экранирует поверхность планеты от воздействия энергичных заряженных частиц солнечного ветра. Считается, что наличие достаточно мощной магнитосферы сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле. Кроме того, магнитный барьер в некоторой степени препятствует «сдуванию» атмосферы солнечным ветром.

В атмосферу проникает также ионизирующий ультрафиолет, не задерживаемый магнитным полем. С одной стороны, благодаря этому возникает ионосфера и формируется магнитный экран. Но ионизированные атомы могут покидать атмосферу, попадая в магнитный хвост и ускоряясь там. Это явление носит название убегания ионов. Если скорость, приобретаемая ионами, превышает скорость убегания, планета интенсивно теряет газовую оболочку. Такое явление наблюдается на Марсе, характеризующемся слабой гравитацией и, соответственно, малой скоростью убегания.

Венера с ее более мощной гравитацией эффективнее удерживает ионы своей атмосферы, так как им нужно набрать большую скорость, чтобы покинуть планету. Наведенное магнитное поле планеты Венера недостаточно мощно для существенного разгона ионов. Поэтому потеря атмосферы здесь далеко не так значительна, как на Марсе, несмотря на то, что интенсивность ультрафиолетового излучения гораздо выше вследствие близости к Солнцу.

Таким образом, индуцированное магнитное поле Венеры - это один из примеров сложного взаимодействия верхней атмосферы с различными видами солнечного излучения. Совместно с гравитационным полем оно является фактором устойчивости газовой оболочки планеты.

С глубокой древности известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси, всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении (если вблизи неё нет магнитов, проводников с током, железных предметов). Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом и основано применение компаса (рис. 115), который представляет собой свободно вращающуюся на оси магнитную стрелку.

Рис. 115. Компас

Наблюдения показывают, что при приближении к Северному географическому полюсу Земли магнитные линии магнитного поля Земли всё под большим углом наклоняются к горизонту и около 75° северной широты и 99° западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю (рис. 116). Здесь в настоящее время находится Южный магнитный полюс Земли , он удалён от Северного географического полюса примерно на 2100 км.

Рис. 116. Магнитные линии магнитного поля Земли

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5° южной широты и 140° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли выходят из Земли.

Таким образом, магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами . В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.

Иногда внезапно возникают так называемые магнитные бури , кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно влияют на стрелку компаса. Наблюдения показывают, что появление магнитных бурь связано с солнечной активностью.

а - на Солнце; б - на Земле

В период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое движущимися заряженными частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю. Магнитные бури - явление кратковременное.

На земном шаре встречаются области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли. Такие области называют областями магнитной аномалии (в пер. с лат. «отклонение, ненормальность»).

Одна из самых больших магнитных аномалий - Курская магнитная аномалия. Причиной таких аномалий являются огромные залежи железной руды на сравнительно небольшой глубине.

Земной магнетизм ещё окончательно не объяснён. Установлено только, что большую роль в изменении магнитного поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие как в атмосфере (особенно в верхних её слоях), так и в земной коре.

Большое внимание изучению магнитного поля Земли уделяют при полётах искусственных спутников и космических кораблей.

Установлено, что земное магнитное поле надёжно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.

Полёты межпланетных космических станций и космических кораблей на Луну и вокруг Луны позволили установить отсутствие у неё магнитного поля. Сильная намагниченность пород лунного грунта, доставленного на Землю, позволяет учёным сделать вывод, что миллиарды лет назад у Луны могло существовать магнитное поле.

Вопросы

1. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении?
2. Где находятся магнитные полюсы Земли?
3. Как показать, что Южный магнитный полюс Земли находится на севере, а Северный магнитный полюс - на юге?
4. Чем объясняют появление магнитных бурь?
5. Что такое области магнитной аномалии?
6. Где находится область, в которой наблюдается большая магнитная аномалия?

Упражнение 43

1. Почему стальные рельсы, долго лежащие на складах, через некоторое время оказываются намагниченными?
2. Почему на судах, предназначенных для экспедиций по изучению земного магнетизма, запрещается использовать материалы, которые намагничиваются?

Задание

1. Подготовьте доклад на тему «Компас, история его открытия».
2. Поместите внутрь глобуса полосовой магнит. С помощью полученной модели ознакомьтесь с магнитными свойствами магнитного поля Земли.
3. Используя Интернет, подготовьте презентацию по теме «История открытия Курской магнитной аномалии».

Это любопытно...

Зачем нужно магнитное поле планетам

Известно, что Земля обладает мощным магнитным полем. Магнитное поле Земли окутывает область околоземного космического пространства. Эту область называют магнитосферой, хотя по своей форме она сферой не является. Магнитосфера - самая внешняя и протяжённая оболочка Земли.

Земля постоянно находится под воздействием солнечного ветра - потока очень маленьких частиц (протонов, электронов, а также ядер и ионов гелия и др.). При вспышках на Солнце скорость этих частиц резко возрастает, и они с огромными скоростями распространяются в космическом пространстве. Если на Солнце вспышка, значит, через несколько дней следует ожидать возмущения магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли служит своеобразным щитом, оберегая нашу планету и всё живое на ней от воздействия солнечного ветра и космических лучей. Магнитосфера способна изменить траекторию этих частиц, направляя их к полюсам планеты. В районах полюсов частицы собираются в верхних слоях атмосферы и вызывают изумительной красоты северные и южные сияния. Здесь же происходит зарождение магнитных бурь.

При вторжении частиц солнечного ветра в магнитосферу, происходит нагрев атмосферы, усиление ионизации её верхних слоев, возникновение электромагнитных шумов. При этом возникают помехи в радиосигналах, скачки напряжения, которые могут вывести из строя электрооборудование.

Магнитные бури оказывают влияние и на погоду. Они способствуют возникновению циклонов и увеличению облачности.

Учёными многих стран доказано, что магнитные возмущения оказывают воздействие на живые организмы, растительный мир и на самого человека. Исследования показали, что у людей, подверженных сердечнососудистым заболеваниям, с изменением солнечной активности возможны обострения. Могут возникнуть перепады артериального давления, учащённое сердцебиение, пониженный тонус.

Наиболее сильные магнитные бури и магнито-сферные возмущения приходятся на период роста солнечной активности.

А существует ли магнитное поле у планет Солнечной системы? Наличие или отсутствие магнитного поля планет объясняется их внутренним строением.

Самое сильное магнитное поле у планет-гигантов Юпитер является не только самой большой планетой, но и обладает самым большим магнитным полем, превосходящим магнитное поле Земли в 12 000 раз. Магнитное поле Юпитера, окутывая его, распространяется на расстояние 15 радиусов планеты (радиус Юпитера 69 911 км). Сатурн, как и Юпитер, имеет мощную магнитосферу, возникающую из-за металлического водорода, который в жидком состоянии находится в глубине Сатурна. Любопытно, что Сатурн - единственная планета, у которой ось вращения планеты практически совпадает с осью магнитного поля.

Учёные утверждают, что и Уран, и Нептун обладают мощными магнитными полями. Но вот что интересно: магнитная ось Урана отклонена от оси вращения планеты на 59°, Нептуна - на 47°. Такая ориентация магнитной оси относительно оси вращения придаёт магнитосфере Нептуна довольно оригинальную и своеобразную форму. Она постоянно видоизменяется по мере вращения планеты вокруг своей оси. А вот магнитосфера Урана по мере удаления от планеты закручивается в длинную спираль. Учёные полагают, что магнитное поле планеты обладает двумя северными и двумя южными магнитными полюсами.

Исследования показали, что магнитное поле Меркурия в 100 раз меньше земного, а у Венеры оно незначительное. При изучении Марса аппараты «Марс-3» и «Марс-5» обнаружили магнитное поле, которое концентрируется в южном полушарии планеты. Учёные полагают, что такая форма поля может быть вызвана гигантскими столкновениями планеты.

Так же как и у Земли, магнитное поле других планет Солнечной системы отражает солнечный ветер, защищая их от разрушительного воздействия радиоактивного излучения Солнца.

Самая яркая планета

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.

	· · · ·

Наличие или отсутствие у планет магнитного поля связывают с их внутренним строением. На всех планетах земной группы есть собственное магнитное поле. Самыми сильными магнитными полями обладают планеты-гиганты и Земля . Часто источником дипольного магнитного поля планеты считают её расплавленное токопроводящее ядро. У Венеры и Земли близки размеры, средняя плотность и даже внутреннее строение, тем не менее, Земля имеет достаточно сильное магнитное поле, а Венера - нет (магнитный момент Венеры не превышает 5-10 % магнитного поля Земли). По одной из современных теорий напряженность дипольного магнитного поля зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но измерения указывают на ещё более низкую напряжённость, чем предсказывает теория. Современные предположения по поводу слабого магнитного поля Венеры состоят в том, что в предположительно железном ядре Венеры отсутствуют конвективные потоки .

См. также

Напишите отзыв о статье "Магнитное поле планет"

Примечания

Отрывок, характеризующий Магнитное поле планет

Наташа сбросила с себя платок, который был накинут на ней, забежала вперед дядюшки и, подперши руки в боки, сделала движение плечами и стала.
Где, как, когда всосала в себя из того русского воздуха, которым она дышала – эта графинечка, воспитанная эмигранткой француженкой, этот дух, откуда взяла она эти приемы, которые pas de chale давно бы должны были вытеснить? Но дух и приемы эти были те самые, неподражаемые, не изучаемые, русские, которых и ждал от нее дядюшка. Как только она стала, улыбнулась торжественно, гордо и хитро весело, первый страх, который охватил было Николая и всех присутствующих, страх, что она не то сделает, прошел и они уже любовались ею.
Она сделала то самое и так точно, так вполне точно это сделала, что Анисья Федоровна, которая тотчас подала ей необходимый для ее дела платок, сквозь смех прослезилась, глядя на эту тоненькую, грациозную, такую чужую ей, в шелку и в бархате воспитанную графиню, которая умела понять всё то, что было и в Анисье, и в отце Анисьи, и в тетке, и в матери, и во всяком русском человеке.
– Ну, графинечка – чистое дело марш, – радостно смеясь, сказал дядюшка, окончив пляску. – Ай да племянница! Вот только бы муженька тебе молодца выбрать, – чистое дело марш!
– Уж выбран, – сказал улыбаясь Николай.
– О? – сказал удивленно дядюшка, глядя вопросительно на Наташу. Наташа с счастливой улыбкой утвердительно кивнула головой.
– Еще какой! – сказала она. Но как только она сказала это, другой, новый строй мыслей и чувств поднялся в ней. Что значила улыбка Николая, когда он сказал: «уж выбран»? Рад он этому или не рад? Он как будто думает, что мой Болконский не одобрил бы, не понял бы этой нашей радости. Нет, он бы всё понял. Где он теперь? подумала Наташа и лицо ее вдруг стало серьезно. Но это продолжалось только одну секунду. – Не думать, не сметь думать об этом, сказала она себе и улыбаясь, подсела опять к дядюшке, прося его сыграть еще что нибудь.