11. Новый век и новые проблемы
Почти триста лет идея Гильберта, что Земля — большой постоянный магнит, выглядела если не во всем убедительной (кое-какие вопросы все же оставались), то хотя бы успокоительной.
Все радикально изменилось после открытия Пьера Кюри.
Что же касается электрического поля Земли, то здесь, на первый взгляд, положение выглядело лучше. Когда было открыто поле ясной погоды, почти немедленно было предложено его естественное, казалось бы объяснение: Земля — проводящий шар, и если он несет электрический заряд, то этот заряд растекается по поверхности, и над ней возникает электрическое поле. Поскольку это поле (в среднем) направлено вниз, то заряд нужно считать отрицательным, а зная величину напряженности поля ~ 120 В/м (она прямо пропорциональна заряду и обратно пропорциональна квадрату радиуса Земли), нетрудно подсчитать, что величина заряда должна быть примерно 6 • 105 Кл.
Это простое объяснение, и ныне кажущееся удовлетворительным многим геофизикам, в действительности, не объясняет многих наблюдаемых черт поля ясной погоды. Об этом позже, а пока первый вопрос: откуда берется этом заряд и, главное, почему он, несмотря на открытую еще Кулоном проводимость атмосферы, не стекает с Земли?
На это геофизики отвечают: существуют механизмы регенерации заряда Земли, в первую очередь, — грозовой механизм. За сутки на Земле происходит более 40 000 гроз, и каждую секунду 1800 молний бьют в Землю. Поскольку нижняя часть грозовых туч обычно заряжена отрицательно, можно полагать, что и заряд, приносимый молниями на Землю, также отрицателен. Но грозовой механизм — не единственный. Электрические заряды стекают с многочисленных остроконечных тел на Земле, и этот механизм регенерации также играет заметную роль. Однако тщательные количественные оценки прихода-ухода зарядов пока не дают уверенности в окончательном правильном балансе.
Но и это не все. Напряженность геоэлектрического поля вовсе не направлена перпендикулярно к поверхности Земли, как тому следовало бы быть согласно описываемой модели. У этой напряженности есть и горизонтальная составляющая, она изменяется с полусуточным периодом, и лишь в среднем за сутки она равна нулю*.Но и этим не ограничиваются минусы «грозовой модели». Упомянем хотя бы еще о двух.
Напряженность электрического поля имеет постоянную (т.е. не зависящую ни от времени, ни от положения точки наблюдения) вертикальную часть, но наряду с ней у вертикальной составляющей есть и переменные части. Их временной ход и географическое распределение также не находят в этой модели четкого объяснения. Вызывает затруднение и объяснение годового хода геоэлектического поля. Его напряженность проходит в северном полушарии через максимум в зимние месяцы, когда расстояние от Земли до Солнца минимально.
Наконец, еще одно. Вполне очевидно, что обсуждаемая модель заведомо «не работает», если речь идет о небесных телах, лишенных атмосферы, к примеру на Луне. Однако, хотя никому еще не довелось измерять непосредственно там напряженность электрического поля (а такие возможности, как мы знаем, были), имеются косвенные указания на наличие там электрического поля, причем превосходящего земное по напряженности примерно на порядок. Эти указания основываются на исследовании поляризации солнечного света, отраженного от различных участков поверхности Луны.
Появление полевой концепции в теории электромагнетизма, утвердившейся, в первую очередь, благодаря трудам Фарадея и Максвелла, ознаменовало новый этап в физическом миропонимании. Изменилась даже терминология: теперь чаще стали говорить именно об электрическом и магнитном поле Земли, делая упор на слово «поле». Но от этого проблемы не стали проще, более того, к началу XIX в. стало очевидно, что от старых решений этих проблем приходится отказаться (особенно очевидной неотвратимость такого отказа выявилась в проблеме геомагнетизма), а новых решений пока не было. Впрочем, они довольно быстро начали предлагаться.
* Вдоль поверхности Земли текут так называемые теллурические токи, которые давно и успешно используются, для электроразведки; но они, а значит, и связанные с ними электрические поля, направлены горизонтально, а поскольку при переходе через границу раздела сред (конкретно, границу земля-воздух) напряженность электрического поля не меняется, то горизонтальная составляющая напряженности поля с необходимостью должна существовать и над поверхностью Земли.
|
