Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма

Геомагнитное поле тоже, разумеется, изучают. Даже гораздо интенсивнее и тщательнее, чем магнитные поля удаленных небесных тел, – сказывается все-таки более сильная мотивация. Про изменения магнитного поля здесь и сейчас вопрос более или менее ясен, хотя и в этом случае наука ушла далеко от хорошо знакомой нам магнитной стрелки. Магнитный диполь можно представить себе как магнитное поле маленькой магнитной стрелки. Собственно, поэтому и можно использовать магнитную стрелку компаса для правильной ориентировки в пространстве.

Конечно, у магнитного поля Земли есть много важных и интересных деталей. Одна из них – Курская магнитная аномалия, или КМА, – связана с колоссальным месторождением железной руды, которое залегает в Курской и прилегающих областях. Эта аномалия важна для народного хозяйства и дорога мне лично: когда-то много лет назад на скважине номер 7 Рыльского профиля я начал свою трудовую деятельность – помогал геологу, которая по совместительству была моей мамой, отбирать образцы. Мама изучала юрские глины КМА.

Однако это детали, пусть и важные. Оказывается, в геологической истории магнитное поле Земли много раз и очень быстро меняло свое направление на противоположное. Это выяснила еще одна наука – палеомагнитология. В самом грубом приближении работа палеомагнитолога выглядит так. Отряд палеомагнитологов выезжает, как говорят геологи, в поле, на какое-нибудь интересное обнажение, на котором, скажем на обрыве у реки, видны слои разного возраста. Палеомагнитолог выпиливает кусочек породы – образец – и указывает на нем его точную ориентацию. Потом везет его в лабораторию и определяет (в принципе, так же как магнитной стрелкой определяют направление геомагнитного поля), куда было направлено магнитное поле в момент образования породы. При этом предполагается, что порода содержит ферромагнитные частицы, которые запомнили это поле в момент образования породы. На первый взгляд это простая идея, но ее реализация требует большой и кропотливой работы.

Дальше палеомагнитолог предполагает, что магнитное поле Земли и в древние геологические эпохи было полем диполя, направленного вдоль оси вращения. Весь вопрос только в том, куда был направлен магнитный диполь – к северному или к южному полюсу.

Неспециалисту может показаться, что этот метод можно существенно улучшить. Отберем образцы в разных частях Земли и сравним данные о тех магнитных полях, которые они запомнили. Если образцов будет много, получится карта палеомагнитного поля. Вся проблема только в том, что образцы должны быть одновозрастные, причем погрешность, с которой выдерживается эта одновозрастность, должна быть очень маленькой: магнитное поле меняет свое направление очень быстро. Это значит, что мы должны научиться опознавать одновозрастные породы, находящиеся в разных частях Земли. Такая задача представляет суть проблемы, известной как геологическая корреляция. Если бы мы научились решать эту проблему в полной мере, то у подъездов наших домов и институтов собрались бы владельцы всех нефтяных компаний Земли, а за ними теснились бы владельцы всех других горнодобывающих компаний. Они слезно обещали бы обеспечить нас на всю жизнь всем, что только пожелает наша душа (научные работники, как правило, неприхотливы и неизобретательны по части жизненных благ), поклялись бы лично чистить нам по утрам ботинки, лишь бы только мы бросили заниматься всякой ерундой вроде физики Солнца и сосредоточились исключительно на проблеме геологической корреляции. Настолько она важна. Но мы по-прежнему не знаем, как решить ее полностью, поэтому путь к истине долог и мучителен, а палеомагнитологи пока довольствуются гипотезой о дипольном характере геомагнитного поля.

Вдобавок геологи получают еще один метод корреляции – по положению земных слоев относительно слоя, в котором происходит практически мгновенное изменение направления магнитного диполя на противоположное. Это составляет суть магнитной стратиграфии.

Однако, кроме направления магнитного поля, нужно знать и возраст образца. Здесь приходят на помощь методы радиологического датирования. Они основаны на измерении того, какая часть радиоактивных изотопов успела распасться с момента образования породы. В науке, которая называется абсолютной геохронологией, тоже есть много интересных и трудных вопросов, но обо всем не расскажешь.

Пора переходить к тому, что же, собственно, узнали исследователи с помощью всех этих (и еще других, но менее важных) методов.

Глава 2 Как устроены магнитные поля небесных тел

1. Магнитные поля спиральных галактик

Начнем, пожалуй, опять с галактик: они прозрачные и мы сравнительно хорошо знаем, как устроены их магнитные поля. Но сначала немного о том, как устроены сами галактики.