Почему стрелка компаса указывает на север? Почему там полыхают полярные сияния? Ответы на эти вопросы знает, я надеюсь, каждый: потому что у нашей планеты есть магнитное поле. Но откуда оно взялось?

Традиционное изображение линий магнитного поля Земли показывает дипольную его составляющую, похожую на поле обыкновенного магнита, как будто спрятанного внутри планеты. Расположение южного полюса S этого магнита наверху — не ошибка. В районе северного географического полюса находится именно южный магнитный, поскольку линии поля входят в него. Рисунок Алексея Понятова.

А начнём мы с разоблачения. Постоянный магнит внутри Земли существовать не может, несмотря на то, что в целом её поле напоминает поле огромного полосового магнита, протянувшегося с севера на юг, и материал для магнита есть: наша планета имеет большое железо-никелевое ядро. Эти металлы — ферромагнетики, которые легко становятся магнитом благодаря ориентации в одну сторону магнитных полей своих атомов. Сами эти поля связаны с собственным магнитным полем электронов — их так называемыми спинами. У вас дома на холодильнике, скорее всего, висит магнитик. Если вам его не жалко, то нагрейте на плите (под присмотром взрослых, разумеется!). При достижении определённой температуры — точки Кюри — он перестанет быть магнитом. Атомы внутри него будут хаотично метаться, настолько сильно, что их коллективный порядок исчезнет.

Магнитное поле Земли возникает глубоко внутри планеты, в районе её ядра, а там очень жарко. Температура в этой области сравнима с температурой поверхности Солнца — около 5000—6000°C. Это намного, намного выше точки Кюри для любого известного материала. Так, для железа она равна примерно 770°C, а для никеля ещё на 400 градусов меньше. Поэтому-то внутри Земли обычный магнит существовать не может.

Есть и другой способ создать магнитное поле — сделать электромагнит, пустив по проводам постоянный электрический ток. Чтобы было понятно, представьте себе велосипед. Вы крутите педали, колесо вращается и крутит генератор, в нём возникает ток — и фара горит, и магнитное поле создаётся. Именно так, в общих чертах, работает и Земля. Только педали заменяет конвекция «жидкости», а провода — потоки расплавленного металла. Поскольку генераторы постоянного тока исторически принято называть «динамо», то в физике такой механизм получил название «гидромагнитное динамо». Применительно к Земле его часто коротко называют «геодинамо». Но как же конкретно работает природная динамо-машина?

Мысленно разрежем планету пополам, как яблоко. Снаружи находится тонкая кожура — литосфера с корой, на которой мы живём. Под ней — мантия, горячая, пластичная, но в основном твёрдая. Она составляет львиную долю объёма планеты. На глубине 2900 км начинается внешнее ядро. Это шар размером с Марс, состоящий главным образом из расплавленного железа и никеля. Внешнее ядро жидкое и текучее, как вода в океане. Погружаемся ещё на 2200 км и натыкаемся на внутреннее ядро. Давление там настолько чудовищное (более 3,5 миллиона атмосфер!), что, несмотря на невероятную температуру, металл не может расплавиться...

№7, 2026