Инструкция
Принцип работы компаса заключается в его возможности указывать на стороны света: север, юг, запад, восток. Компас обычно оснащен одной или двумя стрелками. Если стрелка одна - то она всегда будет указывать на север. Если у компаса две стрелки, ту, что указывает на север отмечают синим цветом, либо делают короче. Красная стрелка укажет на юг.
Кстати, вращение звездочки облегчает нам ездить на велосипеде - поскольку вращающееся колесо не хочет сохранять свой угловой момент. Для этого ось вращения изменила бы его направление, а вместе с ним и угловой момент. Это не влияет на весь велосипед. Поэтому, чем быстрее вы едете, тем легче сохранить баланс.
Это можно проиллюстрировать простым экспериментом: переднее колесо велосипеда построено, а шнур прикреплен к ступице справа и слева. На стрингерах держит колесо вверх и заставляет его вращаться помощником. Теперь вы можете выпустить один из шнуров, и колесо остается вертикально. Только когда вращение происходит медленнее, колесо также наклоняется.
Иногда северная стрелка выполняется в форме стрелы, но в любом случае она будет выделена. Определив северное направление, можно сориентироваться по сторонам света: прямо противоположным северу будет южное направление, справа от севера - восточное, слева - западное.
Для того чтобы зафиксировать положение стрелки, у компаса предусмотрен особый рычажок-тормоз. Эта функция значительно облегчает использование компаса в походных условиях.
Конструкция и функционирование гироскопа
На диаграмме показана базовая структура такого устройства. 
Гироскоп подвешен так, что он может вращаться вокруг горизонтальной оси вращения, а подвеска также допускает вращение. Если такой диск затем повернут, он также имеет тенденцию поддерживать это вращение. Возникает проблема - направление углового момента не относится к поверхности Земли, а к физическому пространству, абстрактной структуре. В настоящее время Земля также превращается в это пространство. Таким образом, гироскопический компас как таковой не будет использоваться.
Для того, чтобы точно определить расположение сторон света, необходимо убедиться, что компас находится строго в горизонтальном положении, а его стрелки не задевают внутренних поверхностей компаса. Фиксатор компаса должен быть снят, стрелка свободно вращаться. Рядом с компасом не должно находиться железных предметов, а в непосредственной близости от места использования - линий электропередач, так как они влияют на искажение магнитного поля, а, следовательно, на показания прибора. При соблюдении указанных правил компас всегда укажет северное направление, где бы вы в этот момент не находились.
Ориентация гироскопа в направлении север-юг
То, что он все еще работает, объясняется свойством гироскопов, чтобы уклониться от сил. Это приводит к автоматическому выравниванию гироскопа в направлении север-юг. Давайте посмотрим на такой компас гироскопа, который находится на экваторе. Верх поворачивается вокруг красной оси. Прежде всего, эта ось вращения выровнена параллельно экватору, а значит, и угловой момент. Теперь земля вращается, поэтому ось вращения гироскопа наклонена наклон к экватору. Скорее, он будет указывать наклонно вверх, если гравитационная сила не будет действовать на гироскоп.
Прежде чем использовать компас в реальных условиях, необходимо провести простейшую проверку на работоспособность. Для проверки компас размещают горизонтально, снимают с фиксатора, дожидаются, пока стрелка не укажет на север. Затем к компасу нужно поднести любой железный предмет. Стрелка отклонится, так как произойдет искажение магнитного поля. После того, как железо убирают, стрелка должна вернуться в исходное положение. Это является признаком исправности компаса, надежности его показаний.
Она атакует центр тяжести гироскопа и пытается вытащить его вниз, чтобы вернуть гироскоп обратно в вертикаль. Однако это означает вращательное движение гироскопа вокруг оси, которое проходит через подвеску на балке и направлено перпендикулярно плоскости экрана. Ротационный импульс также принадлежит этому вращательному движению. Он параллелен только что описанной оси, которая символизируется тонкой точкой и здесь вводится в плоскость чертежа. Полный вращательный импульс гироскопа теперь возникает как сумма вращательных импульсов от вращения вокруг красной оси и вращения вокруг зеленой оси.
Большая часть так называемого «прогрессивного человечества» привыкла думать, что стрелка компаса всегда указывает строго на север. Только, к сожалению, отнюдь не на тот, что отмечен Полярной Звездой. И уж тем более – не на географический, что отмечен схождением меридианов. Хуже того: компас показывает… Южный полюс Земли. Но какой же?
Вращающиеся импульсы являются векторами, поэтому их необходимо добавлять как таковые. Поскольку силы действуют с самого первого момента, на самом деле нет такого наклонного положения компаса, как на последнем рисунке. Поэтому мы можем считать ось вращения гироскопа параллельной поверхности Земли. Вращательный импульс, вызванный гравитацией, теперь добавляется векторно к соответствующему вращательному импульсу. Стрелка суммы дает полный импульс вращения. Он указывает по диагонали на полюс. Это направление, в котором установлен гироскоп, точнее его ось вращения.
Такого прибора, как компас, вообще не существовало бы, если бы наша планета не обладала магнитосферой. В этом случае компас был бы бесполезен, т.к. указывал бы в никуда или в любом направлении в зависимости от наклона его циферблата. Не все планеты обладают магнитосферой, которую в некотором приближении можно приравнять к ионосфере. Суть понятия сводится к тому, насколько сильно небесное тело в состоянии отклонить поток солнечного ветра.Земля в качестве небесного тела обладает достаточно мощным магнитным полем, благодаря чему, в т.ч., защищает людей от губительного эффекта гамма-излучения Солнца. Но, коли Земля имеет магнитное поле, то по законам физики у него должны быть и полюса, между которыми простираются магнитные линии. И, конечно же, они есть на Земле.Точка схождения силовых линий магнитного поля Земли и есть тот полюс, на который указывает стрелка компаса . Вот только возникает вопрос: а Северный ли он? Почему все так решили? А ответ прост: потому, что людям так удобно. На самом деле так называемый «Северный магнитный полюс Земли» является Южным полюсом. Это следует, опять же, из законов физики. Стрелка компаса располагается строго вдоль силовых линий, но ее намагниченный конец будет указывать на Южный полюс, т.к. известно, что одинаковые заряды магнита отталкиваются. Таким образом, то место, куда показывает стрелка компаса , на самом деле будет Южным магнитным полюсом Земли, который люди привыкли называть Северным. Он обладает престранными свойствами.Во-первых, он дрейфует. Т.е. перемещается относительно земной оси довольно быстро - ок. 10 км в год. Для сравнения – скорость движения тектонических плит составляет ок. 1 см/10000 лет. Во-вторых, прежние 400 лет от находился на территории Канады под паковыми льдами, тогда как теперь стремительно движется в сторону Таймыра. Скорость его перемещения значительно выше обычной и составляет 64 км/год. В-третьих, он не симметричен относительно Южного полюса, и, более того, их дрейф не находится в зависимости друг от друга. С чем связано явление дрейфа магнитных полюсов науке не известно. Но из казанного следует однозначный вывод: стрелка компаса указывает на Южный магнитный полюс Земли.
Поскольку ось вращения должна указывать в направлении нового полного вращательного момента. Однако это не означает, что гравитационная сила продолжает действовать и вызывает новое изменение полного вращательного момента. Таким образом, гироскоп продолжает вращаться, пока его ось вращения находится точно в направлении север-юг. Если он будет таким, он останется таким. На данный момент вращение Земли больше не приводит к потенциальному наклонному положению оси вращения, при котором гравитационная сила больше не имеет «поверхности атаки».
Видео по теме
Компас – удивительно древнее изобретение, несмотря на относительную сложность его устройства. Предположительно впервые этот механизм был создан в Древнем Китае еще в III веке до нашей эры. Позже его заимствовали арабы, через которых этот прибор попал в Европу.
Аборт в движениях Север-Юг
Вместо того, чтобы использовать гироскоп как компас невозможно, это именно вращение Земли, которое заставляет ориентацию гироскопа в направлении север-юг. 
Строго говоря, сказанное относится только к движениям в направлении восток-запад. Если судно перемещается на север или на юг, компас будет отклонен. Предположим, что корабль находится в начале экватора, ось гироскопа направлена точно на север и поэтому параллельна поверхности земли. Теперь корабль идет на север. Ось гироскопа хотела бы снова сохранить свое направление в пространстве, и это приводит, как показано на рисунке 3, к наклонному положению оси, противоположной поверхности Земли.
История компаса в Древнем Китае
В III веке до нашей эры в древнем китайском трактате философ по имени Хэнь Фэй-цзы описал устройство прибора сынань, что переводится, как «ведающий югом». Это была небольшая ложка из магнетита с довольно массивной выпуклой частью, отполированной до блеска, и тонким небольшим черенком. Ложку ставили на медную пластину, тоже хорошо отполированную, чтобы не было трения. Черенок при этом не должен был касаться пластины, он оставался висеть в воздухе. На пластину наносились знаки сторон света, которые в Древнем Китае были связаны со знаками зодиака. Выпуклая часть ложки легко вращалась по пластине, если немного ее подтолкнуть. И черенок в таком случае всегда указывал на юг.
На этот раз применяются гравитационные силы, а гироскопическая ось возвращается в горизонтальную плоскость. Гироскоп возвращается назад, и ось больше не указывает точно на север, а в направлении, которое является результатом движения корабля и скорости вращения Земли. Пока корабль значительно медленнее вращения Земли, отклонение незначительно.
В то же время оба компаса не работают на полюсах - магнитном, потому что здесь отклонения от магнитного и географического полюса слишком выражены; гирокомпас, потому что ось Земли перпендикулярна земле и параллельна гравитации. Поэтому гироскоп всегда висит вертикально вниз на полюсе, и поэтому вращение гироскопа не влияет на ось вращения гироскопа.
Ученые считают, что форму стрелки магнита – ложку – выбрали не случайно, она символизировала Большую Медведицу, или «Небесный ковш», как называли это созвездие древние китайцы. Работал этот прибор не очень хорошо, так как до идеального состояния отполировать пластину и ложку было невозможно, и трение вызывало погрешности. Кроме того, он был сложен в изготовлении, так как магнетит трудно обрабатывать, это очень непрочный материал.
Купил, именно в этом вкладе выясняется, где находится пейзаж. Текущее местоположение является отправной точкой для определения дальнейшего направления марша. Чтобы найти местоположение, вам нужен компас и карта. В горах часто также помогает альтиметр.
Три шага для определения позиции
В принципе, компас - это не что иное, как транспортир. Северные линии на нижней части могут помочь выровнять компас на карте точно на оси север-юг. Северная маркировка иглы.
Найдите четкие точки в ландшафте
- С краем посадки передается направление от местности к карте и наоборот.
- Выход для компаса.
- Компас можно отрегулировать и угол от ландшафта переносится на карту.
- Северные линии в банке.
В XI веке в Китае было создано несколько вариантов компаса: плавающий в виде железной рыбки в сосуде с водой, намагниченная иголка на шпильке и другие.
Дальнейшая история компаса
В XII веке китайский плавающий компас позаимствовали арабы, хотя некоторые исследователи склоняются к мнению, что арабы были авторами этого изобретения. В XIII веке компас попал в Европу: сначала в Италию, после чего он появился у испанцев, португальцев, французов – тех наций, которые отличались развитым мореплаванием. Этот средневековый компас имел вид магнитной стрелки, закрепленной на пробке и опущенной в воду.
Такие точки могут быть заметным и легко идентифицируемым пиком. Но также церковные башни населенных пунктов или, например, озеро служат четко идентифицируемым моментом. 
Если точка найдена на карте, а также в местности, это подшипник с компасом. Теперь поверните банку до северной отметки на банке и можно наложить. Таким образом, угол между севером и церковной башней был перенесен с местности.
Угол между посадочным краем и северными линиями в банке точно такой же, как между церковью и севером. 
После того, как угол установлен, поместите компас на карту так, чтобы край приземления касался церковной башни. Затем поверните компас до тех пор, пока северная метка на банке не укажет точно к северу от карты. Полезны также линии помощи на нижней части банки. Легко примирить линии сетки, идущие с севера на юг на карте. Теперь вы знаете, что находитесь где-то на линии, что указывает на край посадки на карте.
В XIV веке итальянский изобретатель Джойя создал более точную конструкцию компаса: стрелка надевалась на шпильку в вертикальном положении, к ней крепилась катушка с шестнадцатью румбами. В XVII веке количество румбов увеличилось, а чтобы качка на корабле не влияла на точность компаса, был установлен кардановый подвес.
Компас оказался единственным навигационным прибором, позволившим европейским мореплавателям ориентироваться в открытом море и отправляться в далекие путешествия. Это послужило толчком к Великим географическим открытиям. Этот прибор также сыграл свою роль в развитии представлений о магнитном поле, о его взаимосвязи с электрическим, что повлекло за собой образование современной физики.
В качестве помощи вы можете расширить эту строку теперь с помощью пера на всей карте. Затем повторите шаги 1 и 2 и повторно передайте угол на карту. Вы находитесь на пересечении двух линий. Целесообразно сделать хотя бы один дополнительный подшипник, чтобы вы могли убедиться, что не потеряли себя. Каждый дополнительный подшипник должен точно возвращаться к той же точке пересечения. Если это не так, повторите все измерения снова.
Если вы знаете, какой путь или путь вы используете, вы можете использовать этот путь вместо измерения. Если путь не дует, есть только одно пересечение с дорожкой. Если вы находитесь в горах, вы можете использовать высотомер вместо подшипника для определения местоположения. Линии подъема должны быть указаны на карте. Они также дают линию, которую можно привести к точке пересечения с одним подшипником. Однако следует отметить, что это может также привести к нескольким пересечениям. Поэтому этот метод подходит только тогда, когда известен его приблизительный вид, такой как участок карты или направление наклона, на котором он расположен.
Позже появились новые виды компаса – электромагнитный, гирокомпас, электронный.
Видео по теме
02.07.2009
Этому вопросу больше двух тысяч лет. Человечество использовало компас веками, но понимание, куда именно указывает стрелка компаса, появилось совсем недавно. Компас – древнее изобретение. Одно из первых упоминаний о «магнитной игле» найдено в древнекитайском альманахе, составленном во втором веке. «Магнит следует материнскому принципу. Игла выкована из железа (а оно первоначально было камнем) и суть матери и сына состоит в том, что они оказывают взаимное влияние, они общаются. Суть иглы состоит в том, чтобы вернуться к первоначальной полноте. Тело её очень легкое и прямое, оно должно отражать прямые линии. Оно реагирует на Ци своей ориентацией».
Даже во времена навигационных устройств по-прежнему популярный компас, но лишь немногие знают, как компас работал точно. Особенно в лесных районах или на альпинистских турах компас может принести много преимуществ. Но как работает компас и как он применяется?
Компас в основном очень простая конструкция и не очень сложная. Подобно часам, корпус обеспечивается за счет намагниченного металлического элемента. Эта металлическая деталь закреплена в центре, так что магнит может вращаться без каких-либо трудностей в любое время. Гибкость компаса очень важна, чтобы иметь возможность точно отображать направления неба. Металлическая деталь также называется иглой и является самым важным инструментом для компаса. Игла указывает на соответствующее направление неба вибрациями и остатками, как только она выровнена.
В XI веке ученый, политик и философ Шэнь Ко обнаруживает, что в некоторых местах компас не всегда указывает на север: «смещается немного к востоку вместо того, чтобы указать точно на юг», но объяснить причины этого явления он не может. Поэтому, в поисках объяснения не всегда одинакового поведения компаса нужно обратиться к истории изучения магнетизма учеными Европы, куда китайский компас попал в XII веке благодаря арабским купцам и путешественникам. И хотя Шэнь Ко еще в XI веке предложил ввести двадцать четыре деления направлений вместо восьми приняных в Китае в то время, и это нововведение «прижилось» в китайских мореходных компасах начиная с XII века, в Европу компас попал в более примитивном виде. Поэтому, европейской науке предстояло фактически открыть все заново.
Два цвета отвечают за визуальное разделение иглы. Как правило, для маркировки используются красный и зеленый цвета. Более яркий цвет, в данном случае красный, всегда указывает на северное направление неба. В дополнение к иглам кольца также используются с компасом, которые разделены на четыре направления. Четыре направления снова разделены на промежуточные направления.
Но теперь вопрос о том, как работает компас: красная окраска стрелки компаса всегда указывает в северном направлении неба. Здесь магнитный северный полюс Земли, так что эта область может влиять на стрелу компаса с его магнитным полем. Магнитные поля могут быть очень легко восприняты иглой, поэтому они легко прикрепляются к компасу. Если направление неба должно быть определено, компас должен быть помещен на плоскую и неподвижную поверхность. Таким образом, на стрелке компаса можно избежать влияния неравномерности.
Появление компаса в Европе
Первая «европейская» трактовка принципа действия компаса обнаружена в письме военного инженера Петруса Перегринуса, написанном в 1269-м году. Перегринус не только описывал свои эксперименты с компасом, но и размышлял о природе магнетизма и магнитных полюсах, отталкивании и притяжении. Невероятно, но ему удалось выдвинуть сразу три гипотезы, которые подтвердились спустя века:
- Двуполярность земного магнетизма
- На полюсах магнитные силы направлены вертикально
- Магнитная сила растет при приближении к полюсу.
Именно Перегринус предложил названия полюсов магнита. Конец стрелки, указывающий на Север, он предложил называть северным полюсом, а противоположный – южным. Он доработал компас. В то время компас представлял собой плавающий в сосуде магнит, без какой либо разметки. Перегринус добавил в компас градуированную шкалу и соединил компас с морской астролябией, что дало возможность определять с помощью такого компаса азимуты небесных светил.
Наряду с этими удивительными догадками и нововведениями, он допускал и ряд заблуждений. В частности, он не считал способность магнитной стрелки указывать на север следствием фундаментальных свойств магнита или Земли. Он склонялся к тому, что магнитная стрелка указывает на Полярную звезду. Его мысль заключалась в том, что Полярная звезда расположена на небесной оси, вокруг которой вращаются 10 небесных сфер. Если эта звезда настолько сильна, что вокруг нее вращаются звезды, то и магнитная стрелка занимает положение в соответствии с направлением на неё. Эта теория сейчас нам может показаться наивной, но для того времени (напоминаю, XIII век) она была смелой и прогрессивной. В те времена было принято считать, что стрелка компаса притягивается находящейся на Северном полюсе огромной магнитной горой. Это поверье бытовало вплоть до XVI-го века.
И теория Полярной звезды, и теория магнитной горы были ошибочными. Сомнения зародились, когда компас стал широко использоваться в качестве морского навигационного прибора. Моряки заметили, что в некоторых местах стрелка компаса сильно отклоняется от направления на Полярную звезду, и это вызывало проблемы в навигации. Но моряки – народ сообразительный, они стали отмечать на картах значения отклонения. Первые мореходные карты с отметками магнитного склонения появились в Германии в XV веке.
Начало массового наблюдения за магнитным склонением
XV-XVI века – эпоха великих открытий мореплавателей. После открытия Америки внимание Европы было устремлено за океан, а чем дальше в море уходили корабли, тем выше становилась цена ошибки в навигации, и тем большее внимание стало уделяться картированию магнитных склонений. Были разработаны специальные приборы, облегчающие эту задачу. Явление стало массовым, и благодаря этому довольно быстро удалось собрать значительное количество измерений. Измерения показывали, что в разных местах компас по-разному отклоняется от направления на Полярную звезду, и в большинстве случаев указывает не на нее. Наука конца XV – начала XVI века еще не «разгадала» явление магнетизма и поэтому искала разные пути объяснить отклонение компаса от Севера.
Первая попытка «вычислить» магнитный полюс
В 1546-м году известный картограф Меркатор предпринял первую попытку «вычислить» местоположение Северного полюса, нанеся на карту линии, соответствующие показаниям компаса в разных точках. Он полагал, что эти линии должны пересечься в одной точке – Полюсе. Попытка оказалась безуспешной, линии не сошлись в одну точку, Полюс найти не удалось. Но Меркатор не оставлял идею и искал другие подходы к задаче. Спустя два с лишним десятка лет, в 1569-м году он впервые опубликовал карту, на которой был показан полюс, да еще как! Он изобразил приполярные области в виде огромного материка, разделенного четырьмя протоками, в центре, на полюсе, огромная чёрная гора, в отдалении, за пределами полярного материка, еще одна гора, поменьше, а не некотором расстоянии от нее маленькая точка. Еще один полюс. Первая гора обозначена как Северный полюс, вторая – как «Polus magnetis respectu insularum capitis Viridis», а возле точки написано «Polus magnetis respectu Corui insule». И пусть Меркатор поместил свой Магнитный полюс «между Сибирью и Калифорнией», но сама идея разделить географический и магнитный полюса вызывает уважение, а введение дополнительного магнитного полюса - восхищение. Как-никак, это было в середине XVI века, когда еще была в ходу теория «магнитной горы».
Развитие науки о земном магнетизме
XVI век в истории изучения геомагнетизма ознаменован не только картой Меркатора, но и открытием еще одной характеристики магнитного поля – магнитного наклонения. В 1576-м году английский физик Роберт Норман, экспериментируя с плавающей в жидкости магнитной иглой, заметил, что игла изменяет свое положение не только в горизонтальной плоскости, но и вертикальной. Т.е. к концу XVI века исследователи знали о магнитном склонении, магнитном наклонении и о силах, действующих между магнитами. До главного вывода о причинах поведения магнитной стрелки оставалось рукой подать, и в 1600-м году это наконец произошло.
Английский физик Уильям Гилберт опубликовал книгу «De Magnete. О магните, магнитных телах и о великом магните - Земле», в которой высказал революционную мысль, о том, что Земля сама по себе – большой магнит. Используя небольшую модель Земли, сделанную из природного магнитного материала, Гилберт продемонстрировал, что ее свойства и поведение вблизи нее магнитной стрелки в точности совпадают с тем, что наблюдают исследователи в разных точках планеты. Гилберт отметил, что вблизи полюсов модели магнитная стрелка занимает вертикальное положение и тем самым дал определение истинного магнитного полюса.
Гилберт верил в то, что магнитный и географический полюса совпадают. На его модели Земли они совпадали. Конечно, он знал о магнитном склонении, но объяснял его не различными координатами полюсов, а тем, что в материках содержится больше магнитных элементов, чем в океане.
Открытие Гилберта вызвало переворот в подходах к изучению земного магнетизма и привлекло новых ученых к этой задаче. Возросшее количество измерений и данных о магнитном склонении указывало на несостоятельность теории магнитного поля как пары полюсов. Математик Леонард Эйлер попытался объяснить феномен магнитного склонения «сдвинув» ось магнитного поля так, чтобы она проходила не через центр Земли, но и этого оказалось недостаточно. Похоже, что нужно было больше полюсов.
Несколько полюсов?
В 1701-м году, известный астроном Эдмон Галлей опубликовал первую карту магнитных склонений в Атлантическом океане. В ходе многолетнего плавания Галлей собирал и обобщал данные измерений и убедился в замеченном ранее факте – показания компаса в одних и тех же местах меняются со временем
, т.е. значение магнитного склонения непостоянно. Пытаясь найти объяснение этому явлению, он выдвинул теорию о том, что существует два северных полюса и два южных. Одну пару полюсов он поместил на поверхность Земли, а вторую – на внутреннюю сферу, находящуюся в 800-х километрах вглубь. Такая модель позволила ему объяснить имеющиеся данные о магнитном склонении, а характер их изменений со временем объяснялась разными скоростями смещения полюсов на внешней и внутренней сферах.
Идея множественности магнитных полюсов получила развитие в начале XIX века. В 1819-м году норвежский ученый Кристофер Ханстин опубликовал трактат «Исследования магнетизма Земли», в котором обобщил все известные к тому времени данные об измерениях и попытался построить математическую модель, которая объясняла бы имеющиеся данные. По этой модели было видно, что одной пары полюсов недостаточно, нужна еще одна пара. В дополнение к паре «первичных» полюсов расположенных на севере Канады и в восточной части Антарктиды он ввел еще два полюса: в Сибири и в юго-восточной части Тихого океана.
Математические модели магнитного поля
Идея Ханстина построить математическую модель магнитного поля Земли была подхвачена Великим Гауссом. Будучи математиком, он решил не пытаться разобраться в устройстве магнитного поля, а разработать исключительно эмпирическую модель, которая описывает результаты измерений. В 1839-м году Гаусс опубликовал сразу две работы: «Напряженность земной магнитной силы, приведенная к абсолютной мере» и «Общая теория земного магнетизма», в которых представил как теоретическое обоснование метода измерения, так и совершенно новую модель магнитного поля Земли, основанную на его методе сферического гармонического анализа. Для этой модели не важно, сколько у Земли магнитных полюсов, сами полюса не играют никакой роли при анализе. Существование двух магнитных полюсов, по одному в каждом полушарии, являлось следствием анализа, а определялись полюса как «область на поверхности Земли, в которой горизонтальная составляющая поля равна нулю, а наклонение равно 90°». Тогда не все согласились с концепцией Гаусса, но сейчас его метод сферического гармонического анализа является универсальным, как и его определение магнитного полюса.
Построенная по модели Гаусса карта напряженности магнитного поля Земли показывает, что версии о нескольких магнитных полюсах имели под собой почву, а Ханстин вообще попал в точку с расположением своих дополнительных полюсов.
То, что они считали дополнительными полюсами сейчас называют крупнейшими магнитными аномалиями. Восточно-Сибирская магнитная аномалия – область с повышенным значением напряженности геомагнитного поля (по этому параметру превосходит даже Северный полюс), а в Южно-Атлантической напряженность поля, наоборот, самая низкая. Напряженность магнитного поля – только одна из его характеристик, есть еще магнитное склонение и магнитное наклонение, а сама напряженность раскладывается на составляющие – вертикальную и горизонтальную, которая в свою очередь раскладывается на северную и восточную. Карта значений магнитного склонения наглядно демонстрирует, что попытки «вычислить» Магнитный полюс по показаниям компаса были обречены на неудачу, компас не показывает на Север .
Гаусс был прав в том, что не стал тратить время на разгадывание устройства магнитного поля, геофизикам удалось это сделать только в следующем веке, когда были найдены объяснения, почему магнитное поле Земли неоднородно и меняется со временем .
Что влияет на магнитное поле Земли
Согласно сегодняшним представлениям, магнитное поле Земли является комбинацией нескольких магнитных полей, порождаемыми различными источниками.
1. Главное поле . Более 90% общего магнитного поля порождается во внешнем жидком ядре планеты. Главное поле меняется очень медленно.
2. Магнитные аномалии земной коры, вызванные остаточной намагниченностью горных пород. Изменения очень медленные.
3. Внешние поля , порожденные токами в ионосфере и магнитосфере Земли. Изменения очень скоротечные.
4. Электрические токи в коре и внешней мантии возбуждаемые изменениями внешних полей. Изменения быстрые.
5. Влияние океанических течений .
Существующие математические модели магнитного поля позволяют рассчитывать только вековые изменения. Краткосрочные возмущения, вызываемые изменяющеся Солнечной активностью этими моделями не учитываются, но учитывая то, что вековым изменениям подвержены как раз самые значимые составляющие, точность моделей очень высокая. Например, точность магнитного склонения в моделях WMM и IGRF до 30’, т.е. 0.5°. Конечно, существуют небольшие по плошади магнитные аномалии, которые не вписываются в глобальные модели, но их немного.
И не стоит думать, что термин «вековые изменения» говорит об их медлительности или незначительности. В качестве иллюстрации характера вековых изменений приводится таблица изменения магнитного склонения в четырех городах.
| Киев | Москва | Пекин | Санкт-Петербург | |
| 1900 | 1°44’W | 3°20’E | 2°40’E | 0°11’E |
| 1910 | 0°50’W | 4°10’E | 2°58’E | 0°57’E |
| 1920 | 0°30’E | 5°18’E | 3°27’E | 2°13’E |
| 1930 | 1°48’E | 6°18’E | 3°45’E | 3°33’E |
| 1940 | 2°49’E | 7°06’E | 3°52’E | 4°45’E |
| 1950 | 3°37’E | 7°52’E | 4°09’E | 5°56’E |
| 1960 | 4°14’E | 8°24’E | 4°22’E | 6°38’E |
| 1970 | 4°22’E | 8°17’E | 4°29’E | 6°36’E |
| 1980 | 4°35’E | 8°17’E | 4°46’E | 6°49’E |
| 1990 | 5°00’E | 8°39’E | 4°59’E | 7°24’E |
| 2000 | 5°32’E | 9°16’E | 5°08’E | 8°16’E |
| 2010 | 6°28’E | 10°16’E | 5°46’E | 9°28’E |
По этой таблице видно, что даже за такой непродолжительный в масштабах истории отрезок времени магнитное склонение в Пекине изменилось на 3°, в Москве – на 7°, в Киеве – на 8°, а в Санкт-Петербурге – на 9°. Что примечательно, в Киеве склонение поменяло направление с западного на восточное.
Направление магнитного склонения
Говоря о магнитном склонении, нужно понимать, что значит направление склонения. Посмотрите на следующий рисунок, на нем изображена взаимосвязь между склонением, магнитным азимутом (то, что мы определяем по компасу) и истинным азимутом (угол к направлению на географический Север). Проще говоря, если склонение восточное (на рисунке справа), то стрелка компаса смещается к востоку от направления на Истинный (географический) Север, а если склонение западное (на рисунке слева), то стрелка смещается к западу.
Как измененилось магнитное поле Земли за несколько столетий
Как видно из таблицы, магнитное поле Земли заметно изменилось за сто с небольшим лет, но еще интереснее выглядит картина изменений за более продолжительный срок. Как уже было сказано выше, наблюдение за компасными показаниями началось на рубеже XV-XVI веков и с тех пор не прекращалось, и благодаря этому мореходные карты сохранили бесценные для современной науки данные, по которым можно составить модель изменений магнитного поля Земли за четыре столетия. Этим воспользовались геофизики Эндрю Джексон и Метью Уокер из Университета Лидса совместно с историком Артом Йонкерсом из Университета Амстердама, которые в 2000-м году представили новую модель магнитного поля Земли gufm1 , построенную по данным, собранным с 1590 по 1990 год. Впечатляет объем данных, которые они для этого обработали. К примеру, за период до 1800-го года – более 83 тысяч индивидуальных измерений магнитного склонения в более чем 64 тысячах мест, и из них более 8 тысяч измерений относятся к XVII-му веку.
Наиболее наглядно данные модели gufm1 выглядят в виде видеоролика. Посмотрите, как изменялось магнитное склонение с 1590 по 1990 год. Оттенками желтого цвета закрашены области с западным склонением (чем темнее, тем больше склонение), а оттенками синего – области с восточным склонением. Градации цвета соответствуют 20° изменения магнитного склонения, т.е. показаны именно глобальные изменения.
Хорошо видно, что за четыре века на территории Центральной Европы сначала действовало восточное склонение, потом западное, и сейчас опять восточное. Интересная ситуация с территорией восточного Китая, линия нулевого склонения долгое время балансировала на побережье, но в последнее время наметилась четкая тенденция в сторону увеличения магнитного склонения в сторону восточного. А если вспомнить, что XI веке Шэнь Ко зафиксировал некоторое западное склонение, то тенденция станет еще более очевидной.
Выводы
Используя компас для определения направлений на местности нужно помнить, что:
1. В общем случае стрелка компаса не указывает ни на Северный, ни на Магнитный полюс, она показывает направление линий магнитного поля в данном месте.
2. Магнитное склонение – это угол между направлением на Северный полюс и направлением стрелки компаса.
3. Показания компаса в одном и том же месте могут меняться со временем.
Количество показов: 35028
Рейтинг: 3.1