میدان ژئومغناطیسی و تغییرات سکولار
میدان مغناطیسی اصلی زمین، در مرتبه اول، مانند یک دوقطبی زمینمرکز مایل است، اما در جزئیات از این حالت انحراف دارد و سال به سال به طور قابل اندازهگیری در یک تغییر آهسته که تغییرات سکولار نامیده میشود، جابجا میشود.
Definition
میدان ژئومغناطیسی، میدان مغناطیسی مشاهده شده در سطح و بالای سطح زمین است که تحت سلطه یک دوقطبی زمینمرکز داخلی است و به صورت ریاضی با یک بسط هارمونیک کروی توصیف میشود، که تغییرات زمانی آهسته آن با منشأ داخلی، تغییرات سکولار را تشکیل میدهد.
Scope
این موضوع به توصیف و تکامل زمانی میدان مغناطیسی اصلی زمین میپردازد: نمایش آن با یک پتانسیل هارمونیک کروی که تحت سلطه یک دوقطبی زمینمرکز است، عناصر میدان (میل، انحراف، شدت) و مدلهای مرجع مانند میدان مرجع ژئومغناطیسی بینالمللی. این موضوع به تغییرات سکولار، از جمله رانش به سمت غرب و تکانههای ژئومغناطیسی، و جداسازی منابع میدان داخلی از خارجی میپردازد. تأکید بر میدان کنونی و تغییرات دههای آن است تا سوابق آن در زمانهای عمیق.
Core questions
- میدان اصلی چگونه توسط یک دوقطبی زمینمرکز و هارمونیکهای کروی توصیف میشود؟
- عناصر میدان کدامند و چگونه در مدلهای مرجع نقشهبرداری میشوند؟
- تغییرات سکولار چیست و میدان با چه سرعتی تغییر میکند؟
- مشارکتهای داخلی و خارجی در میدان چگونه از هم جدا میشوند؟
Key concepts
- دوقطبی محوری زمینمرکز و میدان غیردوقطبی
- عناصر میدان: میل، انحراف، شدت
- نمایش هارمونیک کروی (گاوس)
- تغییرات سکولار، رانش به سمت غرب، و تکانههای ژئومغناطیسی
- میدان مرجع ژئومغناطیسی بینالمللی
Key theories
- نمایش هارمونیک کروی میدان
- گاوس نشان داد که یک میدان مغناطیسی بدون منبع را میتوان به عنوان گرادیان یک پتانسیل که در هارمونیکهای کروی بسط یافته است، نوشت، که این امر امکان جداسازی میدان اصلی را به یک دوقطبی غالب، جملات غیردوقطبی، و مشارکتهای با منشأ داخلی در مقابل خارجی فراهم میکند.
- تغییرات سکولار ناشی از جریان هسته
- رانش آهسته میدان، از جمله حرکت آن به سمت غرب و تکانههای ناگهانی، منعکسکننده تغییر جریان سیال در بالای هسته مایع است، که پنجرهای سطحی را به دینامیک هسته در مقیاسهای زمانی دههای فراهم میکند.
Mechanisms
میدان اصلی از جریانهای الکتریکی در هسته مایع سرچشمه میگیرد؛ در سطح و بالای آن بدون جریان است و بنابراین از یک پتانسیل اسکالر قابل استخراج است، که ضرایب هارمونیک کروی آن به آرامی با تکامل جریان هسته زیرین تغییر میکنند و تغییرات سکولار اندازهگیری شده را تولید میکنند، در حالی که منابع پوسته و خارجی (یونوسفری و مگنتوسفری) مشارکتهای با طول موج کوتاهتر و سریعتر را اضافه میکنند.
Clinical relevance
مدلهای دقیق میدان و تغییرات سکولار آن برای ناوبری با قطبنمای مغناطیسی، حفاری جهتدار، عملیات ماهوارهای و فضاپیما، و به عنوان یک مرجع به روز شده مداوم برای بررسیهای مغناطیسی ضروری هستند.
History
هالی در حدود سال ۱۷۰۰ میل را بر روی اقیانوس اطلس نقشهبرداری کرد، گاوس در دهه ۱۸۳۰ تحلیل هارمونیک کروی را معرفی کرد و برای اولین بار منابع داخلی را از خارجی جدا کرد، و میدان مرجع ژئومغناطیسی بینالمللی مدرن، که اکنون توسط مأموریتهای ماهوارهای اطلاعات دریافت میکند، مدلهای جهانی به روز شده منظمی از میدان و تغییرات آن ارائه میدهد.
Key figures
- Carl Friedrich Gauss
- Edmond Halley
- George Backus
Related topics
Seminal works
- backus1996
- merrill1996
- alken2021
Frequently asked questions
- چرا قطبنما به سمت شمال واقعی اشاره نمیکند؟
- قطبنما با میدان مغناطیسی افقی محلی همراستا میشود، که جهت آن (میل) با شمال جغرافیایی متفاوت است زیرا میدان ژئومغناطیسی یک دوقطبی محوری کامل نیست و از مکانی به مکان دیگر تغییر میکند؛ مدلهای میدان مرجع، میل مورد نیاز برای تصحیح قطبنما را ارائه میدهند.
- تغییرات سکولار چیست؟
- تغییرات سکولار، تغییر آهسته و سال به سال در میدان مغناطیسی اصلی زمین است، مانند رانش ویژگیهای مغناطیسی و تضعیف تدریجی دوقطبی، که توسط حرکت سیال در حال تکامل در هسته بیرونی مایع هدایت میشود.