Magnetai ir magnetizmas

Magnetizmas ir elektra nėra du skirtingi reiškiniai. Jų tarpusavio ryšys buvo atskleistas tik 1820 m. , kai danų mokslininkas Hansas Kristianas Erstedas (1777 – 1851) įrodė kad laidu tekanti elektros srovė pakreipia kompaso rodyklę. Kur tik srovė teka – ar tarp debesų ir Žemės, kaip žaibas, ar mūsų kūno raumenimis – visur sukuria magnetinį lauką. Žmonės tyrė magnetizmą ir juo naudojosi (ypač navigacijoje) tūkstančius metų, kol dar nebuvo paaiškinta elektros prigimtis. Tik tada, kai buvo nustatyta, kad medžiaga ssusideda iš atomų, paaiškėjo, jog magnetizmas ir elektra yra susiję.

Jei tik kur nors aptinkamas magnetizmas, tai visuomet turi būti ir elektros srovė. Medžiagos magnetines savybes (kai nėra jokio išorinio srovės šaltinio) lemia elektronai, kurie judėdami atome sukuria mikroskopines elektros sroves.

Gamtinis mineralas magnetitas – geležies heminis junginys traukia geležį ir geležingas medžiagas. Matyt, iš kažkokio magnetito atmainos buvo pagaminti pirmieji kinų išrasti kompasai. Kai kurioms medžiagoms lengvai galima suteikti magnetinių savybių (pavyzdžiui geležiai ir plienui).

Nuolatiniai magnetai

Medžiagos, traukiančios geležį, yra nuolatiniai mmagnetai, nors jų magnetinės savybės išlieka tik tam tikrą laiką. Tašelio formos nuolatinis magnetas patiria Žemės magnetizmo jėgą: jei jis gali laisvai judėti, tai vienas jo galas pasisuka Žemės šiaurės ašigalio, kitas – pietų link. Magneto galai atitinkamai vadinami šiauriniu iir pietiniu magnetiniu poliumi.

Įvairiavardžiai magnetiniai poliai vienas kitą traukia. Traukdamas kurią nors medžiagą, magnetas pradžioje ją paverčia silpnu magnetu. Vienavardžiai poliai vienas kitą stumia (nors tai ne taip akivaizdu kaip traukos atveju). Geležis ar plienas, veikiami magneto, įgyja priešingą poliškumą ir patys tampa magnetais, todėl juos magnetai ir traukia. Kai du vienodo stiprumo magnetai padedami arti vienas prie kito vienavardžiais poliais, tai stūmos jėga lygi traukos jėgai, kuri veikia tarp dviejų įvairiavardžių polių, esančių tokiame pat nuotolyje vienas nuo kito.

Magnetizmo poveikį patiria ne tik geležies turinčios medžiagos. Tačiau akivaizdžiai matomi grynųjų metalų, pavyzdžiui, geležies, nikelio, kobalto, magnetiniai reiškiniai.

Žemės magnetinis laukas

Žemės magnetinis laukas jau seniai išmatuotas ir aprašytas, tačiau dar iki šiol visiškai nepaaiškintas. Labai supaprastintai galime įsivaizduoti, kad tarp ššiaurės ir pietų geografinių ašigalių yra paprastas plokščias magnetas, kuris ir sukelia kai kuriuos stebimus reiškinius. Bet tai nepadeda paaiškinti neįprasto Žemės magnetinio lauko stiprumo bei jėgų linijų krypties kitimo: nei kodėl prieš milijoną metų Žemės magnetiniai poliai buvo išsidėstę priešingai negu dabar, nei kodėl jie lėtai, bet nuolat juda.

Ir Žemės, ir mažų geležies gumulėlių magnetizmą lengviau paaiškinti, tarus, kad magnetinės jėgų linijos )dažnai vadinamos magnetinio srauto linijomis) eina iš šiaurinio magnetinio poliaus į pietinį. Bet tai tik patogus įvaizdis, ppanašiai kaip platumos ir ilgumos linijos, nubraižytos žemėlapyje.

Paprastojo plokščiojo magneto jėgų linijos eina iš poliaus į kitą ir tarsi gaubia visą magnetą, sudarydamos ritinį. Vienos krypties linijos tarytum stumia viena kitą`. Jos visada prasideda viename poliuje, baigiasi kitame ir nesusikerta.

Pradėjus tirti Žemę supančią visatos erdvę kosminiais aparatais nustatytos žemės magnetinio lauko ribos. Erdvė, kurioje tas laukas juntamas pavadintas geomagnetosfera. Ta erdvė yra labai kaitri. Į saulę atsisukusioje pusėje Žemės magnetinis laukas baigiasi per 8 – 10 Žemės spindulių nuo Žemės centro, taigi nutįsęs apie 60000 km. Priešingoje nuo Saulės pusėje Žemės magnetosfera nutįsta ilga uodega, arba šleifu, turbūt šimteriopai toliau, gal net per 900 Žemės spindulių. Spėjama, kad magnetosferinis planetos šleifas driekiasi net už Žemės planetos gravitacijos lauko ribų.

Geomagnetosferą nuolat deformuoja Saulės vėjas – apie 300 – 500 km/s greičiu atsklidusios Saulės plazmos elektringosios dalelės. Saulės vėjas negali tiesiai prasiskverbti pro geomagnetosferą. Atsklidusių Saulės plazmos elektringųjų dalelių energija prie pat magnetosferos ribos labai padidėja. Šių dalelių srautui susidūrus su Žemės magnetiniu lauku, susidaro vadinamoji smūginė banga. Čia Saulės vėjas labai sutankėja, dalis jo energijos virsta šiluma. Įkaitusi plazma , spausdama magnetosferą, pradeda ją aptekėti. Kuo greitesnis ir tankesnis Saulės vėjas, tuo labiau jis spaudžia magnetosferą ir ją ddeformuoja. Nors Žemės magnetosfera nukreipia Saulės vėją į šalis, bet dalis dalelių vis tiek įsibrauna į jos vidų. Sugautos elektringosios dalelės, atitinkamai pakeitusios energiją, ima judėti magnetinio lauko linijomis tarp abiejų magnetinių polių. Susitelkusios tam tikru nuotoliu nuo Žemės, jos sudaro didelės radiacijos juostą, pavojingą kosmonautams (astronautams, taikonautams). Radiacijos juosta nevienoda į Saulę atsisukusioje ir priešingoje magnetosferos dalyse. Šią juostą riboja magnetinio lauko linijos, sueinančios į Žemės magnetinius polius. Todėl aukštosiose platumose radiacijos juosta yra žemiau, o ties magnetinio pusiaujo pakyla – aukščiausiai. Jos apatinė riba prie magnetinio pusiaujo yra apie 1000 – 6000 km aukštyje, o viršutinė 35000 – 50000 km aukštyje. Taigi radiacijos juosta – tai Žemę gaubianti sfera, kuri, gaudydama įsiskverbiančias į magnetosferą kosminės plazmos elektringąsias daleles, sudaro savotišką mūsų planetos apsauginį skėtį. Radiacijos juosta yra sudaryta iš sluoksnių. Jos viršuje ir apačioje telkiasi elektronai, o per vidurį – protonai. Apatiniame sluoksnyje telkiasi ir tie elektronai, kurie atpalaiduojami per dirbtinius branduolinius sprogdinimus atmosferoje. Seniau manyta, kad yra kelios savarankiškos radiacijos juostos. Ilgainiui pasirodė, kad visos jas jungiasi, sudarydamos viena bendrą platų radiacijos ruožą.

Elektringosios dalelės į magnetosferos vidų skverbiasi per vadinamuosius kaspus, tarsi piltuvas, esančius virš geometrinės Žemės polių, kur sueina magnetinės polių linijos.

Ne visos dalelės, ppagaunamos magnetosferoje, patenka į radiacijos ruožą. Kai kurios įsiskverbia į jonosferą, kur sukelia poliarines pašvaistes, jonosferos audras, stiprina magnetinį lauką.

Magnetinės anomalijos

Žemės magnetinio lauko stiprumas vidutiniškai lygus 0,7 – 0,4 erstedo, kai kur labai padidėja ir susidaro magnetinės anomalijos. Skiriamos mažos, vidutinės ir didelės anomalijos. Mažas ir vidutines anomalijas sąlygoja geležingų uolienų telkiniai Žemės plutoje. Tokios kilmės yra didoka Kursko magnetinė anomalija arba nedidelė Tumasonių anomalija Rokiškio rajone. Daugiau problemų kelia didžiosios anomalijos, pavyzdžiui Rytų Sibiro anomalija. Jos nėra stabilios, bet pamažu slenka į vakarus maždaug 0,2 geografinės ilgumos per metus greičiu. Kartu slenka ir izogonas – linijos jungiančios vienodus magnetinės deklinacijos vietas.

Spėjama, kad šį dreifą į vakarus sukelia atsiliekantis, palygint su visa Žemės planeta, jos skystojo branduolinio sukimasis arba plazmos konvekcinių srovių nukrypimas Koriolio jėgos.

Seniau didžioji Rytų Sibiro anoma buvo prilyginama magnetiniam , poliui, taigi atrodė, kad Žemė yra magnetinis tripolis.

Mokslas ir visata

A.Basalykas – Žemė – žmonijos buveinė