Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2

Недавно группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии проверяла предположение о постоянстве «, сравнивая «старинный» свет, испущенный древними атомами, с современным светом, испущенным атомами недавно. В частности, они сравнивали расщепление линий в дуплетах в спектрах поглощения различных атомов в отдаленных газовых облаках, находящихся перед отдаленными квазарами. Расщепление линий пропорционально ?². После учета красного смещения, вызванного расширением Вселенной, было получено, что «монотонно изменяется с ростом красного смещения z. При z > 1 относительное изменение «составило около 2•10^-4.

_{Источники: Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, А.Штаудт «Неускорительная физика элементарных частиц», М., Наука, 1997, глава 12, The American Institute of Physics Bulletin of Physics News Number 410 January 13, 1999.}

• ВОПРОС № 88:Что такое вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли? Каким прибором пользуются для её определения? Опишите, пожалуйста, его строение. Как можно его изготовить?

ОТВЕТ: Известно, что у Земли есть собственное магнитное поле (именно, благодаря этому, мы и можем пользоваться магнитным компасом). В первом и достаточно точном приближении магнитное поле Земли (МПЗ) можно представить полем точечного магнитного диполя, иначе говоря, рамки с током, расположенной в центре Земли практически в плоскости экватора. И действительно, магнитное поле Земли вызвано, в основном, током, циркулирующим в жидком проводящем ядре Земли, причем ось эквивалентного магнитного диполя отклонена от оси вращения примерно на 11 градусов.

Оценим для разминки ток, создающий МПЗ. Геофизики (сейсмологи) учат нас, что радиус жидкого ядра Земли около 3000 км. Примем, что средний радиус токовой петли 2400 км (или 2,4•10⁶ м). Магнитное поле петли на большом удалении от нее определяется ее магнитным дипольным моментом:

m = IS = I?r_o², (1)

где I — ток, S — площадь токовой петли, r₀ — ее радиус.

Магнитное поле В — вектор. Его компоненты в системе координат, где плоскость петли с током ортогональна оси Z (направление на магнитный полюс Земли) определяются выражениями:

B_z = (m/4??₀с²)•(1/R³ — 3z²/R⁵)

для компоненты вектора параллельной оси Z и

B_r = (m/4??₀с²)•(3zr/R⁵),

для компоненты вектора поля, параллельной плоскости экватора. Здесь z — координата точки измерения поля вдоль полярной оси, r — координата точки измерения поля в экваториальной плоскости (это просто общеизвестная цилиндрическая система координат), R = (z² + r²)^1/2.

Удобнее представить выражение для поля магнитного диполя в сферических координатах:

B_v = В₀•cose ? (2)

В_h = В₀•sine ?/2, (3)

В₀ = 2m/(R₀³4??₀с²). (4)

Здесь В₀ — магнитное поле на полюсе, R₀ — радиус Земли, а ? — полярный угол, отсчитываемый от полярной оси.

На полюсе (магнитном) поле точно вертикально, а на экваторе точно горизонтально относительно поверхности Земли, т. е. вертикальная компонента вектора индукции В магнитного поля Земли равна нулю на экваторе и достигает максимального значения (+В₀ и — В₀) на полюсах.

Вернемся к вычислению кольцевого тока в ядре Земли. Мы знаем, что В₀ = 0,63 гаусса или 6.3•10 ⁵ Тесла, R₀ = 6,4•10⁶м, r₀ = 2,4•10⁶ м, а 4??₀с² = 10⁷. Тогда из (1) и (4) получим:

I = 2В₀?₀с²•(R₀³/r₀²), что после подстановки соответствующих чисел дает: I = 4,5•10⁹ А.

Теперь об измерениях компонент магнитного поля. Все знают, что стрелка компаса показывает на север. Это происходит потому, что компас сконструирован так, чтобы чувствовать именно горизонтальную компоненту поля Земли. Чтобы убедиться с помощью обычного компаса в существовании вертикальной составляющей магнитного поля Земли в качестве объекта наблюдения можно использовать обычную батарею центрального отопления. Так как у магнитного поля Земли есть вертикальная составляющая, то у намагниченной батареи возникают как бы два полюса магнита — сверху и снизу: где-нибудь в середине батареи поднесите обычный компас к верхнему краю батареи, а затем и к нижнему — в зависимости от того, к какому краю вы поднесли компас, стрелка компаса отклонится по-разному.