Астрономия для "чайников"

Сферы влияния на Земле

На рис. 5.1 показаны четыре картинки Земли из космоса. Ясно видны очертания континентов, океаны и облака.

Рис. 5.1. Четыре картинки Земли из космоса, показывающие, как меняется ее лик.

фотография любезно предоставлена NASA

Ученые различают следующие оболочки Земли (или геосферы):

литосферу, т. е. твердую (каменную) оболочку Земли;

гидросферу, которая включает воду океанов, рек, озер и других водных ресурсов;

криосферу, т. е. ледовый покров Земли — в основном, в Арктике, Антарктике и Гренландии;

атмосферу, т. е. воздушный слой над землей толщиной в тысячи километров;

биосферу, включающую все формы жизни на суше, в воздухе, в воде и под землей.

Так что мы — часть биосферы, которая живет на литосфере, пьет из гидросферы, возможно, катается на криосфере или использует ее для охлаждения напитков и дышит атмосферой. Я не знаю другого места в космосе, где мы могли бы делать все то же самое.

Помимо всех описанных выше оболочек, существует еще одна, причем очень важная, — магнитосфера, которая играет заметную роль в защите Земли от ультрафиолетового и других жестких излучений Солнца, о чем мы поговорим в главе 10. Магнитосфера порождается геомагнитным полем, о котором пойдет речь в следующем разделе.

Магнитосфера

Магнитосферу иногда называют поясами земного излучения, или поясами излучения Ван-Аллена [13] . Она состоит из заряженных частиц, в основном, электронов и протонов, которые хаотично движутся над Землей, захваченные ее магнитным полем.

Время от времени некоторые электроны "вырываются на свободу" и, попадая в находящуюся под магнитосферой атмосферу, ударяют атомы и молекулы, заставляя их светиться. В результате получается полярное сияние — северное, которое наблюдается в Северном полушарии, и южное, наблюдаемое в Южном полушарии. Во врезке, помещенной в конце главы, подробно говорится о наблюдении полярных сияний.

13

Джеймс Ван-Аллен (James Van Allen) — американский физик, открывший пояса излучения с помощью первого американского искусственного спутника Explorer 1.

Магнитное поле Земли

Твердая поверхность Земли, на которой вы стоите, — это кора. Под корой находится мантия, а еще глубже — ядро. Ядро в основном состоит из расплавленного железа и никеля; температура в центре ядра достигает 6200 °C. Ядро тоже состоит из слоев: внешний находится в расплавленном состоянии, а внутренний — твердый.

Причиной затвердения расплавленного железа во внутреннем слое ядра считается чрезвычайно высокое давление верхних слоев. И по мере остывания Земли на протяжении будущих миллионов лет твердая часть ядра будет увеличиваться в размере за счет окружающей расплавленной части ядра, так же как кубик льда увеличивается, когда окружающая его жидкость становится холоднее.

Ядро Земли намного глубже, чем мы могли бы докопаться при всем желании, но оно создает эффекты, которые все могут наблюдать на поверхности. Движущиеся потоки расплавленного железа во внешнем ядре генерируют магнитное поле, которое охватывает всю планету и простирается далеко в космос. Оно называется геомагнитным полем.

Геомагнитное поле:

заставляет стрелку компаса указывать в определенном направлении;

создает невидимую систему ориентации для почтовых голубей, перелетных птиц и даже живущих в океане бактерий;

формирует магнитосферу высоко над Землей;

защищает Землю от летящих из космоса заряженных частиц — солнечного ветра и многих видов космического излучения.

Геомагнитное поле — это глобальное планетарное магнитное поле. Это означает, что оно охватывает всю Землю и генерируется непрерывно. Ни на Марсе, ни на Венере, ни на Луне нет глобального магнитного поля, как на Земле, и этот важный факт позволяет ученым делать выводы относительно ядра данных небесных тел. В частности, о ядре Луны речь пойдет в разделе "Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны" в этой главе.

Расширение дна океана

Согласно результатам геофизических исследований, по обеим сторонам срединно-океанических хребтов существует "узор" намагниченной породы. Намагничивание породы происходило по мере ее остывания из расплавленного состояния, что привело к фиксации определенного направления магнитного поля, которое действовало во время затвердевания породы. Поэтому породы на океанском дне — это магниты, поле которых имеет определенную силу и направление. После затвердения породы ее магнитное поле уже не может измениться; теперь это магнитное поле представляет собой "окаменелость", такую же, как окаменелые остатки динозавров, которые навсегда останутся такими, какими были в момент смерти.

"Узор", обнаруженный возле срединно-океанических хребтов, состоит из полосок намагниченной породы длиной в сотни километров, параллельных хребту и чередующихся по направлению магнитного поля. У одной полоски магнитное поле направлено на север, у следующей — в противоположном направлении, т. е. на юг, и т. д.

Вы спросите, почему я говорю обо всех этих вещах на дне океана в книге по астрономии? Потому что это необычное свойство Земли может быть связано с феноменом, открытым на Марсе. Ученые, собирая различные сведения о планетах земной группы, включая Землю, находят сходства и различия, которые помогают лучше понять происходящие процессы. Такой вид исследований называется сравнительной планетологией и более подробно о ней мы поговорим при описании Марса и Венеры в главе 6.

Чередующиеся полоски с противоположной магнитной ориентацией сформировались в результате того, что в центре срединно-океанических хребтов появлялась новая порода, которая остывала, намагничивалась и расходилась в стороны от хребтов, по мере того как ее отодвигала более новая порода. Чередование полосок с противоположной намагниченностью говорит о том, что направление геомагнитного поля периодически меняется на противоположное, причем период этот составляет несколько сотен тысяч лет.

Что заставляет геомагнитное поле Земли, генерируемое ее ядром, так часто менять направление на противоположное, — неизвестно. Но свидетельства этого сохранились как на дне океана, так и в некоторых местах суши, которые когда-то находились под водой.

Время и движение Земли

В наши дни для измерения времени с большой точностью используются атомные часы. Но в древности и еще совсем недавно система измерения времени в нашем мире была основана на вращении Земли.