Магнитные полюса Земли — путешествие во времени

Лев Тарасов «Наука и жизнь» №5, 2017

«Наша Вселенская Мать-Земля — великий магнит!» — сказал английский физик и врач Уильям Гилберт, живший в 16 веке. Более четырехсот лет назад он сделал правильный вывод, что Земля представляет собой сферический магнит, а ее магнитные полюса — это точки, в которых магнитная стрелка ориентирована вертикально. Но Гилберт ошибался, полагая, что магнитные полюса Земли совпадают с ее географическими полюсами. Они не совпадают. Кроме того, если положения географических полюсов остаются неизменными, положения магнитных полюсов со временем меняются.

1831 год: первое определение координат магнитного полюса в Северном полушарии

В первой половине XIX века были предприняты первые поиски магнитных полюсов на основе прямых измерений магнитного наклона на Земле. (Магнитное наклонение — это угол, на который отклоняется стрелка компаса под действием магнитного поля Земли в вертикальной плоскости. — Прим ред.)

Английский мореплаватель Джон Росс (1777–1856) отплыл в мае 1829 года на небольшом пароходе «Виктория» от берегов Англии, направляясь к арктическому побережью Канады. Как и многие смельчаки до него, Росс надеялся найти северо-западный морской путь из Европы в Восточную Азию. Но в октябре 1830 года лед запер Викторию на восточной оконечности полуострова, который Росс назвал Землей Бутия (в честь спонсора экспедиции Феликса Бута).

Запертая во льдах у берегов Бутиа Земли, Виктория была вынуждена остаться здесь на зимовку. Напарником в этой экспедиции был молодой племянник Джона Росса Джеймс Кларк Росс (1800–1862). В то время уже вошло в обычай брать с собой в такие поездки все необходимые инструменты для магнитных наблюдений, и Джеймс этим воспользовался. В течение долгих зимних месяцев он гулял по побережью Бутии с магнитометром и проводил магнитные наблюдения.

Он понимал, что магнитный полюс должен быть где-то рядом — ведь магнитная стрелка всегда показывала очень большие наклоны. Нанеся измеренные значения на карту, Джеймс Кларк Росс вскоре понял, где искать эту уникальную точку с вертикальным направлением магнитного поля. Весной 1831 года вместе с несколькими членами экипажа «Виктории» он прошел 200 км в сторону западного побережья Бутиа и 1 июня 1831 года у мыса Аделаида с координатами 70°05′ с.ш и 96°47′ з.д. D обнаружил, что магнитное склонение составляет 89 ° 59 ‘. Так впервые были определены координаты магнитного полюса в северном полушарии – иначе говоря, координаты южного магнитного полюса.

1841 год: первое определение координат магнитного полюса в Южном полушарии

В 1840 году взрослый Джеймс Кларк Росс отправился на кораблях «Эреб» и «Террор» в свое знаменитое путешествие к магнитному полюсу Южного полушария. 27 декабря корабли Росса впервые столкнулись с айсбергами и уже в канун Нового 1841 года пересекли Южный полярный круг. Очень скоро Эреб и Террор оказались перед паковым льдом, простиравшимся от края до края горизонта. 5 января Росс принял смелое решение идти вперед, прямо на лед, и идти как можно глубже. И уже через несколько часов такой атаки корабли неожиданно оказались в более свободном ото льда пространстве: паковый лед сменился отдельными льдинками, разбросанными тут и там.

утром 9 января Росс неожиданно обнаружил впереди свободное ото льда море! Это было его первое открытие в этом путешествии: он открыл море, которое впоследствии было названо его собственным именем – морем Росса. Справа от курса располагалась гористая, заснеженная местность, которая заставляла корабли Росса плыть на юг и которой, казалось, не будет конца. Плавая вдоль побережья, Росс, конечно, не упустил случая открыть для чести Британского королевства самые южные земли; Так была открыта Земля Королевы Виктории. В то же время он беспокоился, что берег на пути к магнитному полюсу может стать непреодолимым препятствием.

Тем временем поведение компаса становилось все более странным. Росс, имевший большой опыт магнитометрических измерений, понимал, что до магнитного полюса осталось не более 800 км. Никто никогда раньше не подходил к нему так близко. Вскоре выяснилось, что опасения Росса были не напрасны: магнитный полюс находился явно где-то правее, а берег упрямо направлял корабли все дальше и дальше на юг.

Пока след был открыт, Росс не сдавался. Ему было важно собрать как можно больше магнитометрических данных в различных местах побережья Земли Виктории. 28 января экспедиция получила самый удивительный сюрприз за все путешествие: на горизонте вырос огромный проснувшийся вулкан. Над ним висело темное облако дыма, окрашенного огнем, которое столбом вырывалось из вентиляционного отверстия. Росс дал этому вулкану имя Эреб, а его соседу, который был потухшим и несколько меньшим по размеру, — имя Террор.

Росс попытался пройти еще дальше на юг, но очень скоро перед его глазами предстала совершенно невообразимая картина: вдоль всего горизонта, насколько хватало глаз, тянулась белая полоса, которая по мере приближения становилась все выше и выше! Когда корабли приблизились, стало ясно, что перед ними справа и слева лежит огромная бесконечная стена льда высотой 50 метров, совершенно плоская сверху, без трещин со стороны, обращенной к морю. Это был край шельфового ледника, который сейчас носит имя Росс.

Край шельфового ледника теперь называется Росс

В середине февраля 1841 года, после 300-километрового путешествия по ледяной стене, Росс решил прекратить дальнейшие попытки найти лазейку. С этого момента это был просто путь домой.

Экспедицию Росса нельзя считать неудачной. Ведь он смог измерить магнитное наклонение во многих точках побережья Земли Виктории и тем самым с высокой точностью определить положение магнитного полюса. Росс указал следующие координаты магнитного полюса: 75°05′ южной широты, 154°08′ в.д. Минимальное расстояние, которое отделяло корабли его экспедиции от этой точки, составляло всего 250 км. Именно измерения Росса следует считать первым достоверным определением координат магнитного полюса Антарктиды (северного магнитного полюса).

Координаты магнитного полюса в Северном полушарии в 1904 году

прошло 73 года с тех пор, как Джеймс Росс определил координаты магнитного полюса в северном полушарии, и вот знаменитый норвежский полярный исследователь Руаль Амундсен (1872–1928) предпринял поиски магнитного полюса в этом полушарии. Но поиск магнитного полюса был не единственной целью экспедиции Амундсена. Основная цель заключалась в открытии северо-западного морского пути из Атлантики в Тихий океан. И он добился этой цели — в 1903–1906 годах он отплыл из Осло мимо побережья Гренландии и северной Канады на Аляску на небольшом рыболовном судне «Йоа».

Маршрут экспедиции Амундсена 1903–1906 гг

Амундсен тогда писал: «Я хотел, чтобы моя детская мечта о северо-западном морском пути была совмещена в этой экспедиции с другой, гораздо более важной научной целью: найти современное местоположение магнитного полюса».

К этой научной задаче он подошел со всей серьезностью и тщательно подготовился к ее выполнению: изучал теорию геомагнетизма у ведущих специалистов Германии; Там же я купил магнитометрические приборы. Практикуясь в работе с ними, Амундсен летом 1902 года объездил всю Норвегию.

В начале первой зимы путешествия, в 1903 году, Амундсен достиг острова Кинг-Уильям, находившегося очень близко к магнитному полюсу. Магнитное склонение здесь составляло 89°24′.

Когда Амундсен решил перезимовать на острове, Амундсен одновременно создал здесь настоящую геомагнитную обсерваторию, которая вела непрерывные наблюдения в течение многих месяцев.

Весна 1904 года была посвящена наблюдениям «в поле» с целью как можно точнее определить координаты полюса. Амундсен добился успеха и обнаружил, что положение магнитного полюса заметно сместилось к северу относительно той точки, где его нашла экспедиция Джеймса Росса. Оказалось, что с 1831 по 1904 год магнитный полюс сместился на 46 км к северу.

Забегая вперед, отметим, что есть свидетельства того, что за этот 73-летний период магнитный полюс не просто немного сместился на север, а, скорее, описал небольшую петлю. Около 1850 года оно сначала прекратило движение с северо-запада на юго-восток и лишь затем начало новое путешествие на север, которое продолжается и сегодня.

Дрейф магнитного полюса в Северном полушарии с 1831 по 1994 год

Траектория Южного магнитного полюса по результатам экспедиций разных лет

В следующий раз местоположение магнитного полюса в северном полушарии было определено в 1948 году. Месячная экспедиция к канадским фьордам не потребовалась: ведь до места теперь можно было добраться всего за несколько часов — по самолет. На этот раз магнитный полюс Северного полушария был обнаружен на берегу озера Аллен на острове Принца Уэльского. Максимальный уклон здесь составил 89°56′. Оказалось, что со времен Амундсена, т е с 1904 года, полюс «сдвинулся» к северу аж на 400 км.

С тех пор точное расположение магнитного полюса в Северном полушарии (южный магнитный полюс) определялось канадскими магнитологами регулярно с интервалом около 10 лет. Последующие экспедиции состоялись в 1962, 1973, 1984, 1994 годах.

Недалеко от места расположения магнитного полюса в 1962 г на острове Корнуоллис, в городе Резолют-Бей (74°42′ с.ш., 94°54′ з.д.), была построена геомагнитная обсерватория. Сегодня путешествие к Южному магнитному полюсу — это всего лишь довольно короткая поездка на вертолете из залива Резолют. Неудивительно, что с развитием коммуникаций в 20 веке туристы стали все чаще посещать этот отдаленный городок на севере Канады.

Давайте учтем тот факт, что когда мы говорим о магнитных полюсах Земли, мы на самом деле говорим об определенных средних точках. Со времени экспедиции Амундсена стало ясно, что даже в течение суток магнитный полюс не стоит на месте, а совершает небольшие «путешествия» вокруг определенной центральной точки.

причиной таких движений, конечно же, является солнце. Потоки заряженных частиц от нашей звезды (солнечный ветер) попадают в магнитосферу Земли и генерируют электрические токи в ионосфере Земли. Они, в свою очередь, генерируют вторичные магнитные поля, которые нарушают геомагнитное поле. В результате этих возмущений магнитные полюса вынуждены совершать ежедневные прогулки. Их амплитуда и скорость, естественно, зависят от силы возмущений.

Суточный путь по результатам экспедиции 1994 г., прохождение южного магнитного полюса в спокойный день (внутренний овал) и в магнитоактивный день (внешний овал). Центральная точка расположена в западной части острова Эллеф-Рингнес и имеет координаты 78°18′ с.ш и 104°00′ з.д. Она сместилась относительно начальной точки Джеймса Росса почти на 1000 км!

Маршрут таких путешествий близок к эллипсу, причем полюс в Северном полушарии вращается по часовой стрелке, а в Южном – против часовой стрелки. Последний даже в дни магнитных бурь не удаляется более чем на 30 км от центра. В такие дни полюс в северном полушарии может удаляться от центра на 60–70 км. В спокойные дни размер дневных эллипсов для обоих полюсов значительно уменьшается.

Дрейф магнитного полюса в Южном полушарии с 1841 по 2000 год

Следует отметить, что исторически ситуация с измерением координат магнитного полюса в южном полушарии (северном магнитном полюсе) всегда была достаточно сложной. Во многом виновата его недоступность. Если от бухты Резолют до магнитного полюса Северного полушария на небольшом самолете или вертолете можно добраться за несколько часов, то вам придется пролететь более 2000 км над уровнем моря от южной оконечности Новой Зеландии до побережья Антарктиды. А после этого необходимо исследовать сложные условия на ледяном континенте. Чтобы оценить недоступность Северного магнитного полюса, вернемся в начало XX века.

Довольно долгое время после Джеймса Росса никто не осмеливался углубляться в Землю Виктории в поисках Северного магнитного полюса. Первыми это сделали члены экспедиции английского полярного исследователя Эрнеста Генри Шеклтона (1874–1922) во время его путешествия в 1907–1909 годах на старом китобойном судне «Нимрод».

16 января 1908 г корабль вошел в море Росса. Слишком толстый паковый лед у берегов Земли Виктории долгое время не позволял найти подход к берегу. Лишь 12 февраля удалось перевезти на берег необходимые вещи и магнитометрическое оборудование, после чего Нимрод вернулся в Новую Зеландию.

Оставшимся на побережье полярникам потребовалось несколько недель, чтобы построить более-менее приемлемое жилье. Пятнадцать смельчаков научились есть, спать, общаться, работать и вообще жить в невероятно тяжелых условиях. Впереди была долгая полярная зима. Всю зиму (в южном полушарии она совпадает с нашим летом) члены экспедиции занимались научными исследованиями: метеорологией, геологией, измерением атмосферного электричества, изучением океана через трещины во льду и сам лед. Естественно, уже весной люди изрядно устали, хотя основные цели экспедиции были еще впереди.

29 октября 1908 года группа во главе с самим Шеклтоном отправилась в запланированную экспедицию к географическому Южному полюсу. Действительно, экспедиции так и не удалось добраться до него. 9 января 1909 года, всего в 180 км от географического Южного полюса, чтобы спасти голодных и измученных людей, Шеклтон решает оставить здесь флаг экспедиции и повернуть группу обратно.

Траектория дрейфа магнитного полюса Антарктиды с 1841 по 2000 год. Показаны положения северного магнитного полюса, установленные в ходе экспедиций 1841 года (Джеймс Росс), 1909, 1912, 1952, 2000 годов. Черными квадратами отмечены некоторые стационарные станции в Антарктиде

Вторая группа полярников во главе с австралийским геологом Эджвортом Дэвидом (1858–1934), независимая от группы Шеклтона, отправилась в путешествие к магнитному полюсу. Их было трое: Дэвид, Моусон и Маккей. В отличие от первой группы, у них не было опыта полярных исследований. Выехав 25 сентября, они уже в начале ноября задержались, а из-за переедания продуктов были вынуждены перейти на строгий рацион. Антарктида преподала им тяжелые уроки. Голодные и измученные, они проваливались почти в каждую трещину льда.

11 декабря Моусон чуть не умер. Он провалился в одну из бесчисленных трещин, и только надежная веревка спасла жизнь ученому. Через несколько дней 300-килограммовые сани провалились в расселину, чуть не утащив за собой трех измученных голодом людей. К 24 декабря здоровье полярников серьезно ухудшилось: они страдали одновременно от обморожений и солнечных ожогов; У Маккея также развилась снежная слепота.

Но 15 января 1909 года они все же достигли своей цели. Компас Моусона показал отклонение магнитного поля от вертикали всего на 15 футов. Они сложили почти весь свой багаж на место и за один бросок в 40 км достигли магнитного полюса. Магнитный полюс южного полушария Земли (северный магнитный полюс) завоеван. Подняв на шесте британский флаг и сфотографировавшись, путешественники кричали «Ура!» три раза. Король Эдуард VII и объявил эту землю собственностью Британской Короны.

Теперь им оставалось только одно – остаться в живых. По расчетам полярников, им приходилось преодолевать 17 миль в день, чтобы успеть к отлету «Нимрода» 1 февраля. Но они все равно опоздали на четыре дня. К счастью, сам Нимрод задержался. Вскоре трое отважных исследователей наслаждались горячим ужином на борту корабля.

Так Дэвид, Моусон и Маккей были первыми людьми, ступившими на магнитный полюс Южного полушария, который в тот день находился в координатах 72°25′ южной широты, 155°16′ восточной долготы (300 км от точка, измеренная по времени Росса).

Понятно, что ни о какой серьезной измерительной работе здесь не могло быть и речи. Вертикальный уклон поля был зафиксирован лишь один раз, и это послужило сигналом не к дальнейшим измерениям, а лишь к скорому возвращению к берегу, где экспедицию ждали теплые хижины Нимрода. Подобную работу по определению координат магнитного полюса невозможно даже сравнить с работой геофизиков арктической Канады, которые по несколько дней проводят магнитные исследования из нескольких точек вокруг полюса.

Однако последняя экспедиция (экспедиция 2000 года) была проведена на достаточно высоком уровне. Поскольку северный магнитный полюс уже давно покинул континент и находился в море, эта экспедиция проводилась на специально оборудованном судне.

Измерения показали, что в декабре 2000 г северный магнитный полюс находился напротив побережья Терре Адели в координатах 64°40′ ю.ш и 138°07′ в.д.

Читайте также: География Европы: рельеф, климат, внутренние воды, полезные ископаемые, флора и фауна