Страница 24 из 81
Магнитосфера
Магнитосферу иногда называют поясами земного излучения, или поясами излучения Ван-Аллена[13]. Она состоит из заряженных частиц, в основном, электронов и протонов, которые хаотично движутся над Землей, захваченные ее магнитным полем.
Время от времени некоторые электроны "вырываются на свободу" и, попадая в находящуюся под магнитосферой атмосферу, ударяют атомы и молекулы, заставляя их светиться. В результате получается полярное сияние — северное, которое наблюдается в Северном полушарии, и южное, наблюдаемое в Южном полушарии. Во врезке, помещенной в конце главы, подробно говорится о наблюдении полярных сияний.
Магнитное поле Земли
Твердая поверхность Земли, на которой вы стоите, — это кора. Под корой находится мантия, а еще глубже — ядро. Ядро в основном состоит из расплавленного железа и никеля; температура в центре ядра достигает 6200 °C. Ядро тоже состоит из слоев: внешний находится в расплавленном состоянии, а внутренний — твердый.
Причиной затвердения расплавленного железа во внутреннем слое ядра считается чрезвычайно высокое давление верхних слоев. И по мере остывания Земли на протяжении будущих миллионов лет твердая часть ядра будет увеличиваться в размере за счет окружающей расплавленной части ядра, так же как кубик льда увеличивается, когда окружающая его жидкость становится холоднее.
Ядро Земли намного глубже, чем мы могли бы докопаться при всем желании, но оно создает эффекты, которые все могут наблюдать на поверхности. Движущиеся потоки расплавленного железа во внешнем ядре генерируют магнитное поле, которое охватывает всю планету и простирается далеко в космос. Оно называется геомагнитным полем.
Геомагнитное поле:
заставляет стрелку компаса указывать в определенном направлении;
создает невидимую систему ориентации для почтовых голубей, перелетных птиц и даже живущих в океане бактерий;
формирует магнитосферу высоко над Землей;
защищает Землю от летящих из космоса заряженных частиц — солнечного ветра и многих видов космического излучения.
Геомагнитное поле — это глобальное планетарное магнитное поле. Это означает, что оно охватывает всю Землю и генерируется непрерывно. Ни на Марсе, ни на Венере, ни на Луне нет глобального магнитного поля, как на Земле, и этот важный факт позволяет ученым делать выводы относительно ядра данных небесных тел. В частности, о ядре Луны речь пойдет в разделе "Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны" в этой главе.
Расширение дна океана
Согласно результатам геофизических исследований, по обеим сторонам срединно-океанических хребтов существует "узор" намагниченной породы. Намагничивание породы происходило по мере ее остывания из расплавленного состояния, что привело к фиксации определенного направления магнитного поля, которое действовало во время затвердевания породы. Поэтому породы на океанском дне — это магниты, поле которых имеет определенную силу и направление. После затвердения породы ее магнитное поле уже не может измениться; теперь это магнитное поле представляет собой "окаменелость", такую же, как окаменелые остатки динозавров, которые навсегда останутся такими, какими были в момент смерти.
"Узор", обнаруженный возле срединно-океанических хребтов, состоит из полосок намагниченной породы длиной в сотни километров, параллельных хребту и чередующихся по направлению магнитного поля. У одной полоски магнитное поле направлено на север, у следующей — в противоположном направлении, т. е. на юг, и т. д.
Вы спросите, почему я говорю обо всех этих вещах на дне океана в книге по астрономии? Потому что это необычное свойство Земли может быть связано с феноменом, открытым на Марсе. Ученые, собирая различные сведения о планетах земной группы, включая Землю, находят сходства и различия, которые помогают лучше понять происходящие процессы. Такой вид исследований называется сравнительной планетологией и более подробно о ней мы поговорим при описании Марса и Венеры в главе 6.
Чередующиеся полоски с противоположной магнитной ориентацией сформировались в результате того, что в центре срединно-океанических хребтов появлялась новая порода, которая остывала, намагничивалась и расходилась в стороны от хребтов, по мере того как ее отодвигала более новая порода. Чередование полосок с противоположной намагниченностью говорит о том, что направление геомагнитного поля периодически меняется на противоположное, причем период этот составляет несколько сотен тысяч лет.
Что заставляет геомагнитное поле Земли, генерируемое ее ядром, так часто менять направление на противоположное, — неизвестно. Но свидетельства этого сохранились как на дне океана, так и в некоторых местах суши, которые когда-то находились под водой.
Время и движение Земли
В наши дни для измерения времени с большой точностью используются атомные часы. Но в древности и еще совсем недавно система измерения времени в нашем мире была основана на вращении Земли.
Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Она вращается с запада на восток (или против часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны Северного полюса). И вокруг Солнца Земля обращается против часовой стрелки (если смотреть из космоса сверху, со стороны северного небесного полюса). Продолжительность дня, 24 часа, — это среднее время, которое (с нашей точки зрения) требуется Солнцу, чтобы взойти, сесть и взойти опять. Это называется средним солнечным временем (mean solar time), которое эквивалентно стандартному времени, отсчитываемому на наших часах.
Поэтому продолжительность дня равна 24 часам среднего солнечного времени. А в году приблизительно 365 дней — именно такое время требуется Земле, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца.
Системы измерения времени
Поскольку Земля движется вокруг Солнца, время его восхода зависит и от вращения Земли, и от ее движения по орбите.
Относительно звезд Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Этот промежуток времени называется сидерическими (или звездными) сутками (sidereal day). Заметьте, что разница между 24 часами и 23 часами 56 минутами 4 секундами равна 3 минутам 56 секундам, что составляет всего 1/365 долю суток. И это не совпадение. Это вызвано тем, что в течение суток Земля проходит 1/365 часть своей орбиты вокруг Солнца.
Астрономы привыкли пользоваться особыми, звездными часами, которые отмеряют сидерическое время: 24 сидерических часа равны 23 часам 56 минутам 4 секундам среднего солнечного времени. Сидерические часы, минуты и секунды немного короче соответствующих им единиц измерения солнечного времени. Использование сидерических часов позволяет астрономам следить за звездами и правильно направлять телескопы. Но теперь ни астрономам, ни вам больше не нужно этого делать. Компьютерные программы-планетарии, которые определяют направление телескопов или создают изображение неба (об этом говорилось в главе 2) сделают за вас все необходимые вычисления. Поэтому, чтобы выяснить, в каком месте неба появятся определенные звезды и созвездия, вам достаточно взять за основу стандартное время.
13
Джеймс Ван-Аллен (James Van Allen) — американский физик, открывший пояса излучения с помощью первого американского искусственного спутника Explorer 1.