المجال المغناطيسي الأرضي والتغير العلماني
المجال المغناطيسي الرئيسي للأرض هو، في المقام الأول، مجال ثنائي القطب متمركز حول الأرض ومائل، لكنه يختلف عن هذا التفصيل وينجرف بشكل ملحوظ من سنة إلى أخرى في تغير بطيء يسمى التغير العلماني.
Definition
المجال المغناطيسي الأرضي هو المجال المغناطيسي المرصود على سطح الأرض وفوقه، ويهيمن عليه ثنائي القطب داخلي متمركز حول الأرض ويُوصف رياضيًا بتوسع توافقي كروي، وتشكل تغيراته الزمنية البطيئة ذات المنشأ الداخلي التغير العلماني.
Scope
يغطي هذا الموضوع وصف وتطور المجال المغناطيسي الرئيسي للأرض بمرور الوقت: تمثيله بجهد توافقي كروي يهيمن عليه ثنائي القطب المتمركز حول الأرض، وعناصر المجال (الانحراف، الميل، الشدة)، والنماذج المرجعية مثل المجال المغناطيسي الأرضي المرجعي الدولي. ويتناول التغير العلماني، بما في ذلك الانجراف نحو الغرب والقفزات المغناطيسية الأرضية، وفصل المصادر الداخلية عن الخارجية للمجال. ينصب التركيز على المجال الحالي وتغيراته العقدية بدلاً من سجله في الزمن العميق.
Core questions
- كيف يوصف المجال الرئيسي بواسطة ثنائي القطب المتمركز حول الأرض والتوافقيات الكروية؟
- ما هي عناصر المجال، وكيف يتم رسمها في النماذج المرجعية؟
- ما هو التغير العلماني، وما مدى سرعة تغير المجال؟
- كيف يتم فصل المساهمات الداخلية والخارجية للمجال؟
Key concepts
- ثنائي القطب المحوري المتمركز حول الأرض والمجال غير ثنائي القطب
- عناصر المجال: الانحراف، الميل، الشدة
- التمثيل التوافقي الكروي (غاوس)
- التغير العلماني، الانجراف نحو الغرب، والقفزات المغناطيسية الأرضية
- المجال المغناطيسي الأرضي المرجعي الدولي
Key theories
- التمثيل التوافقي الكروي للمجال
- أظهر غاوس أن المجال المغناطيسي الخالي من المصدر يمكن كتابته كتدرج لجهد موسع في توافقيات كروية، مما يسمح بفصل المجال الرئيسي إلى ثنائي قطب مهيمن، ومصطلحات غير ثنائية القطب، ومساهمات من أصل داخلي مقابل خارجي.
- التغير العلماني من تدفق اللب
- يعكس الانجراف البطيء للمجال، بما في ذلك حركته نحو الغرب وقفزاته المفاجئة، تغير تدفق السوائل في الجزء العلوي من اللب السائل، مما يوفر نافذة سطحية على ديناميكيات اللب على مدى عقود.
Mechanisms
ينشأ المجال الرئيسي في التيارات الكهربائية في اللب السائل؛ وعلى السطح وفوقه يكون خاليًا من التيار وبالتالي يمكن اشتقاقه من جهد قياسي، تتغير معاملاته التوافقية الكروية ببطء مع تطور تدفق اللب الأساسي، مما ينتج التغير العلماني المقاس بينما تضيف مصادر القشرة الأرضية والخارجية (الأيونوسفير والمغناطيسية) مساهمات ذات أطوال موجية أقصر وأكثر سرعة.
Clinical relevance
تعد النماذج الدقيقة للمجال وتغيره العلماني ضرورية للملاحة بالبوصلة المغناطيسية، والحفر الموجه، وعمليات الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، وكمرجع محدث باستمرار للمسح المغناطيسي.
History
رسم هالي الانحراف فوق المحيط الأطلسي حوالي عام 1700، وقدم غاوس في ثلاثينيات القرن التاسع عشر تحليل التوافقيات الكروية وفصل لأول مرة المصادر الداخلية عن الخارجية، ويوفر المجال المغناطيسي الأرضي المرجعي الدولي الحديث، الذي تستنير به الآن بعثات الأقمار الصناعية، نماذج عالمية محدثة بانتظام للمجال وتغيره.
Key figures
- Carl Friedrich Gauss
- Edmond Halley
- George Backus
Related topics
Seminal works
- backus1996
- merrill1996
- alken2021
Frequently asked questions
- لماذا لا تشير البوصلة إلى الشمال الحقيقي؟
- تتجه البوصلة مع المجال المغناطيسي الأفقي المحلي، الذي يختلف اتجاهه (الانحراف) عن الشمال الجغرافي لأن المجال المغناطيسي الأرضي ليس ثنائي قطب محوري مثالي ويختلف من مكان لآخر؛ توفر نماذج المجال المرجعي الانحراف اللازم لتصحيح البوصلة.
- ما هو التغير العلماني؟
- التغير العلماني هو التغير البطيء، من سنة إلى أخرى، في المجال المغناطيسي الرئيسي للأرض، مثل انجراف السمات المغناطيسية والضعف التدريجي لثنائي القطب، مدفوعًا بحركة السوائل المتطورة في اللب الخارجي السائل.