Jeomanyetik Alan ve Seküler Değişim
Dünya'nın ana manyetik alanı, ilk yaklaşıma göre, eğik bir jeosantrik dipolün alanıdır; ancak detaylarda bu durumdan sapmalar göstermekte ve seküler değişim olarak adlandırılan yavaş bir değişimle yıldan yıla ölçülebilir şekilde sürüklenmektedir.
Tanım
Jeomanyetik alan, Dünya yüzeyinde ve üzerinde gözlemlenen, içsel bir jeosantrik dipolün baskın olduğu ve matematiksel olarak küresel harmonik açılımla tanımlanan manyetik alandır; bu alanın içsel kökenli yavaş zamansal değişimleri seküler değişimi oluşturmaktadır.
Kapsam
Bu konu, Dünya'nın ana manyetik alanının tanımını ve zamansal evrimini kapsamaktadır: jeosantrik bir dipolün baskın olduğu küresel harmonik bir potansiyel ile gösterimi, alan elemanları (manyetik sapma (deklinasyon), manyetik eğim (inklinasyon), manyetik şiddet (intensite)) ve Uluslararası Jeomanyetik Referans Alanı gibi referans modelleri ele alınmaktadır. Batıya sürüklenme ve jeomanyetik sarsıntılar dahil olmak üzere seküler değişim ile iç ve dış alan kaynaklarının ayrımı incelenmektedir. Vurgu, alanın derin zaman kaydından ziyade mevcut alan ve onun on yıllık değişimleri üzerindedir.
Temel sorular
- Ana alan, jeosantrik bir dipol ve küresel harmonikler ile nasıl tanımlanmaktadır?
- Alan elemanları nelerdir ve referans modellerde nasıl haritalanmaktadırlar?
- Seküler değişim nedir ve alan ne kadar hızlı değişmektedir?
- Alana yapılan içsel ve dışsal katkılar nasıl ayrılmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Jeosantrik eksenel dipol ve dipol olmayan alan
- Alan elemanları: manyetik sapma (deklinasyon), manyetik eğim (inklinasyon), manyetik şiddet (intensite)
- Küresel harmonik (Gauss) gösterimi
- Seküler değişim, batıya sürüklenme ve jeomanyetik sarsıntılar
- Uluslararası Jeomanyetik Referans Alanı
Temel kuramlar
- Alanının küresel harmonik gösterimi
- Gauss, kaynaksız bir manyetik alanın, küresel harmoniklerle açılmış bir potansiyelin gradyanı olarak yazılabileceğini göstermiştir; bu da ana alanın baskın bir dipol, dipol olmayan terimler ve içsel ile dışsal kökenli katkılar olarak ayrılmasına olanak tanımaktadır.
- Çekirdek akışından kaynaklanan seküler değişim
- Alanının batıya doğru hareketi ve ani sarsıntılar dahil olmak üzere yavaş sürüklenmesi, sıvı çekirdeğin üst kısmındaki değişen akışkan hareketini yansıtmaktadır; bu da on yıllık zaman ölçeklerinde çekirdek dinamiklerine bir yüzey penceresi sunmaktadır.
Mekanizmalar
Ana alan, sıvı çekirdekteki elektrik akımlarından kaynaklanmaktadır; yüzeyde ve yüzeyin üzerinde akımsızdır ve bu nedenle skaler bir potansiyelden türetilebilir. Bu potansiyelin küresel harmonik katsayıları, altta yatan çekirdek akışı evrildikçe yavaşça değişmekte, ölçülen seküler değişimi üretirken, kabuksal ve dışsal (iyonosferik ve manyetosferik) kaynaklar daha kısa dalga boylu ve daha hızlı katkılar eklemektedir.
Klinik önem
Alan ve seküler değişiminin doğru modelleri, manyetik pusula navigasyonu, yönlü sondaj, uydu ve uzay aracı operasyonları için ve manyetik araştırmalar için sürekli güncellenen bir referans olarak büyük önem taşımaktadır.
Tarihçe
Halley, 1700 civarında Atlantik üzerindeki manyetik sapmayı (deklinasyonu) haritalamış, Gauss 1830'larda küresel harmonik analizi tanıtmış ve içsel kaynakları dışsal kaynaklardan ilk kez ayırmıştır. Günümüzde uydu görevleriyle desteklenen modern Uluslararası Jeomanyetik Referans Alanı, alanın ve değişiminin düzenli olarak güncellenen küresel modellerini sunmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Carl Friedrich Gauss
- Edmond Halley
- George Backus
İlgili konular
Temel eserler
- backus1996
- merrill1996
- alken2021
Sıkça sorulan sorular
- Pusula neden gerçek kuzeyi göstermez?
- Pusula, yerel yatay manyetik alanla hizalanır; bu alanın yönü (manyetik sapma (deklinasyon)), jeomanyetik alanın mükemmel bir eksenel dipol olmaması ve yerden yere değişmesi nedeniyle coğrafi kuzeyden farklılık göstermektedir. Referans alan modelleri, bir pusulayı düzeltmek için gereken manyetik sapmayı sağlamaktadır.
- Seküler değişim nedir?
- Seküler değişim, Dünya'nın ana manyetik alanındaki yavaş, yıldan yıla olan değişimdir; manyetik özelliklerin sürüklenmesi ve dipolün kademeli olarak zayıflaması gibi durumlar, sıvı dış çekirdekteki evrilen akışkan hareketi tarafından yönlendirilmektedir.