16. Главные баромагнитные поля
После того, как найдена напряженность главного бароэлек-трического поля, нетрудно вернуться к обсуждению вопроса о распределении порождающих его зарядов. Как уже было отмечено выше, в толще планеты напряженность этого поля направлена по радиусу, а ее величина растет с увеличением расстояния от центра г пропорционально г, и лишь вблизи поверхности рост делается более медленным. Это соответствует тому, что объемная плотность заряда положительна и почти постоянна, а полный объемный заряд, по модулю такой же, как поверхностный, отличается от него знаком, так что полный заряд планеты равен нулю.
Таким образом, одна из основных проблем, с которой сталкивалась гипотеза Сазерленда, — почему происходит перераспределение зарядов в планетах — находит разрешение. Причина лежит не непосредственно в действии гравитационного поля, а в вызываемых этим действием перепадах давлений. Уместно подчеркнуть, что если неоднородности давлений вызываются не тяготением, а любыми другими физическими причинами, это также должно вызывать бароэлектрические поля.
Вращение планет вместе с перераспределившимися в них зарядами — иначе говоря, круговые токи — порождают магнитное поле, которое уместно называть баромагнитным. Это, напомним, и составляло основу гипотезы Сазерленда.
Возникающий при движении заряда по окружности магнитный момент прямо пропорционален произведению радиуса этой окружности на частоту вращения и направлен вдоль оси вращения. Поэтому вклад в магнитный момент от вращения поверхностных (отрицательных) зарядов перевешивает вклад объемных (положительных) зарядов, и полный магнитный момент оказывается направленным противоположно механическому вращательному моменту. Что же касается величины баромагнитно-го момента, то она оказывается пропорциональной величине механического момента, причем коэффициент пропорциональности выражается через «мировые константы», т.е. он одинаков для всех небесных тел. Это утверждение известно как «правило Блеккета», оно основано на эмпирических данных и долгое время не находило теоретического истолкования. Впрочем, это правило оправдывается лишь приближенно, да и не всегда, что вполне естественно, так как магнитные поля небесных тел имеют не одну лишь бароэлектрическую природу, но также и часть, обязанную динамо-механизму.
В качестве иллюстрации приведем несколько примеров: для различных небесных тел радиусов массы М и угловых скоростей о;, указываются расчетные значения баромагнитных моментов ть и их эмпирические значения т° (все величины указываются в абсолютных гауссовых единицах).
таблица 1 
Как показывают приведенные данные, значения баромагнитных моментов довольно близкими к эмпирическим. И это при том, что разброс величин параметров планет отнюдь не мал. Так, масса Юпитера примерно в 30 ООО раз больше, чем у Луны, их радиусы различаются почти на два порядка и т.д.
Но значение этой близости нельзя преувеличивать, усматривая в нем основание переоценивать роль баромагнетизма. Так, для планет-гигантов, например для Юпитера, абсолютные значения бароэлектрических и наблюдаемых магнитных моментов получаются довольно близкими, но не нужно забывать, что магнитное поле этой планеты находится в инверсии, т. е. ее магнитный момент направлен примерно так же, как и механический, тогда как обсуждаемая нами модель диктует антипараллельность этих моментов.
Было бы, разумеется, неправильным ожидать, что роль ба-ромагнетизма окажется всегда заметнее, чем эффекта динамо. Особенно отчетливо это проявляется в звездах. Так, магнитное поле Солнца вовсе и не выглядит похожим на поле магнитного диполя, и лишь переходя от рассмотрения мгновенной картины распределения магнитного поля (а она определяется, в основном, именно мгновенным распределением бурных внутризвездных потоков, т.е. связана с механизмом динами) к усредненной по достаточно большому промежутку времени, удается выявить в ней черты дипольности.
Но и в планетах у магнитного поля есть черты, явно связанные именно с динамо-эффектами. Это, в первую очередь, относится к вариациям, т.е. изменениям магнитных полей, в том числе к вариациям, называемым вековыми. Так, магнитное поле Земли испытывало (и продолжает испытывать), хотя и медленные, но отнюдь не малые изменения. Это удалось установить благодаря появлению и развитию палеомагнетизма. Так называется раздел геофизики, возникший довольно недавно, посвященный проблеме изменения магнитного поля Земли за геологические промежутки времени.
Казалось бы, как можно узнать, каким было магнитное поле Земли миллионы лет назад? Но это возможно. Дело в том, что, например, потоки раскаленной лавы, извергающейся из вулканов (вспомним опять о точке Кюри), остывая в магнитном поле Земли, «запоминают», каким было это поле — это определяет направление намагничивания лавы после ее остывания. Есть и другие важные для палеомагнитологов эффекты. Так, дно океанов нередко покрывают осадочные породы. Частички веществ испытывали воздействие имевшегося во время осаждения магнитного поля, что и отразилось на намагничивании осадочных пород.
Конечно, за долгие тысячелетия происходили значительные геологические перемены, какие-то участки земной коры поднимались и опускались, перемещались и переворачивались, но именно методы палеомагнетизма могут помочь разобраться в этом. И некоторые важнейшие выводы уже получены. Так, основываясь на палеомагнитных данных геофизики утверждают, что изменялось не только положение магнитных полюсов (их перемещение продолжается и поныне), но даже магнитная полярность Земли. Объяснить эволюцию магнитного поля Земли, не привлекая эффекты динамо, представляется затруднительным.
Но и преуменьшать значение бароэлектрических эффектов, приписывая им роль источников лишь несущественных поправок к динамо-полям, было бы неправильно. По-видимому, для планет, особенно планет Земной группы, вклады этих двух основных типов соизмеримы, тогда как в звездах мгновенная «магнитная карта» формируется в заметной мере динамо-процессами, так что оценки для главного баромагнитного поля здесь имеют вспомогательное значение.
|
