Чтобы уберечь пилотов и капитанов от навигационных ошибок, ученые были вынуждены на год раньше обновить Магнитную модель мира.
Магнитное поле Земли всегда казалось чем-то постоянным. Но на самом деле оно меняется так быстро, что ученые уже за ним не поспевают, пишет в Der Tagesspiegel Ян Берндорфф (Jan Berndorff):
«30 января геофизики из США и Великобритании совершили необычный шаг глобального масштаба: они преждевременно обновили World Magnetic Model — Магнитную модель мира. По заведенному графику ученые должны были сделать это в 2020-м, но если бы не поторопились, пилоты воздушных судов, капитаны кораблей и даже пользователи Google Maps тупо не вылезли бы из постелей, опасаясь, что их GPS вот-вот засбоит.
Потому что только благодаря Магнитной модели точная навигация работает по компасу, внося поправки с учетом местонахождения Северного магнитного полюса по отношению Северному географическому. Потому что они не совпадают. Северный магнитный полюс — место, где силовые линии магнитного поля Земли соединяются в одной точке на поверхности планеты, — расположен в нескольких сотнях километров от географического. И он не постоянен, он – бродяга. Причем с каждым годом ускоряющийся. А в последнее время он уже не бредет, а бежит.
Магнитные полюса отнюдь не антиподы
Магнитное поле Земли важно для всего живого – оно защищает от смертельной радиации из космоса, а для некоторых животных служит ориентиром, как и для нас, людей, изобретших компас. А поскольку мы хотим хорошо ориентироваться в своих путешествиях по всему миру, ученые разработали Магнитную модель, благодаря которой с точностью до сантиметра знают точно, где север.
Модель эта описывает не только расположение магнитных полюсов – северного и южного, — но и то, как проходят линии магнитного поля, вдоль которых выстраиваются стрелки компасов. Потому что даже сеть этих незримых линий, охватывающих земной шар с севера на юг, ни в коем случае не является симметричной. И магнитные полюса совсем не противоположны по отношению друг к другу, и сеть линий имеет «вмятины» — они не везде проходят прямо, а напряженность магнитного поля в некоторых местах слабее, чем в других.
Это связано с самим естеством магнитного поля, которое вызвано движениями внутри земли. От твердого по окружности железо-никелевого горячего ядра температурой порядка до 5000 градусов тепло поднимается по проходящему сквозь него жидкому сердечнику из расплавленного железа благодаря так называемым конвекционным потокам. Жидкая материя выходит за пределы ядра, охлаждается и снова опускается в глубокие слои. Из-за вращения Земли возникают боковые течения. А поскольку материя эта является электропроводником, она формирует магнитное поле вокруг нашей родной планеты.
С 90-х годов Северный полюс путешествует со скоростью 50 км/год
«Эту циркуляцию можно представить в виде кипящей в котле воды, — говорит Ахим Моршхаузер (Achim Morschhauser), научный сотрудник геомагнитной обсерватории Niemegk из Немецкого исследовательского центра геонаук (Deutschen Geoforschungszentrums, GFZ) в Потсдаме. — Тепло поднимается снизу и заставляет все двигаться; линии магнитного поля связаны с этими движениями, и, как спагетти, которые вы бросаете в кипящую воду, они постоянно перемещаются».
Это динамическая система с множеством неровностей, в которой любые действия снова и снова чередуются с противодействиями. В крайних случаях происходит даже полное изменение: Северный магнитный полюс становится южным и наоборот. Строго говоря, сегодня Северный географический полюс — фактически Южный магнитный. В среднем такие изменения происходят каждые 250 000 лет, как показали анализы намагниченных частиц железа в старых слоях пород. Правда, последняя инверсия магнитных полюсов Земли произошла 780 000 лет назад и очередная что-то запаздывает.
Возможно, нынешняя дикая скорость перемещения Северного магнитного полюса является предвестником давно назревшего переворота полюсов. Путешествуя со скоростью от двадцати до пятидесяти километров год в течение двадцатого века, он избрал вектор из северной Канады просто через Северный Ледовитый океан в восточную Сибирь. Причем, начиная с 1990-х, полюс ускорился до свыше 50 км/год. И процесс необратим.
Некоторые исследователи считают, что причиной такой спешки является открытый учеными Канады два года назад пролегающий на глубине свыше 3000 км горизонтальный поток жидкого железа шириной более 400 километров, движущийся в сторону Европы со скоростью 40 км/год. То есть в три раза быстрее, нежели перемещается материя ядра.
О внутренностях Земли мало что известно
«Теоретически, полюс может также изменить свое направление движения в любое время, как это было несколько раз в 19 веке, — говорит Ахим Моршхаузер. — Вот ведь в чем проблема: мы недостаточно знаем о конвекционных потоках в ядре Земли, чтобы предвидеть такие эффекты».
И на самом деле: наши сведения о внутренней части Земли скуднее данных, полученных от исследования Солнца. Следовательно, всегда можно ожидать непредвиденные так называемые геомагнитные импульсы — внезапные пики в циркуляции материи в ядре Земли. Как очень уж большие пузырьки жира в кастрюле, эти вспышки вызывают серьезные нарушения магнитного поля планеты.
Другие изменения имеют более длительный характер. В течение почти 200 лет мы знаем (это отмечал в свое время еще один из основателей географии как науки Александр фон Гумбольдт), что магнитное поле в районе Южной Атлантики (включая Южную Америку и Южную Африку) особенно слабое. И сегодня не только спутники, летающие над этим регионом, но и все живые существа на земле подвергаются там повышенному излучению из космоса. Эксперты называют это «южноатлантической аномалией». Как и ускорение Северного полюса, она также может предупреждать о грядущем изменении полярности. Хотя и не обязательно: сила магнитного поля, — такое уже было, — способна восстанавливаться после длительных периодов ослабления.
Обычно Магнитная модель обновляется каждые пять лет
В любом случае, вышеуказанные эффекты заставили геофизиков преждевременно обновить Магнитную модель мира, которая описывает не только текущее состояние магнитного поля, но и просчитывает его развитие в последующие годы — куда, например, будет перемещаться Северный магнитный полюс. Для этого исследователи используют данные спутников и наземных обсерваторий, разбросанных по всему земному шару.
«Но прогнозы линейны, — говорит Моршхаузер. — Если между ними есть кратковременная аномалия, прогноз неверен». Например, в 2016 году, всего через год после того, как исследователи в последний раз обновили Магнитную модель, в Южной Америке случился сильный геомагнитный импульс, который вдребезги разнес все только-только составленные прогнозы. «С тех пор ошибок становится все больше и больше, — говорит Арно Шалли (Arnaud Chaulliat) из Колорадского университета в Боулдере (University of Colorado at Boulder), который также работает на Магнитной моделью мира.
Как бы там ни было, невзирая на ошибки в прогнозах, геофизики обречены на актуализацию этой модели. Иначе погрешности в навигации станут такими, что пилот из США во время трансатлантического перелета вместо Берлина может приземлиться в Луккенвальде» (60 км от столицы Германии – Lenta.UA).
