Геомагнитные полюса — это противоположные точки , в которых ось наиболее подходящего диполя пересекает поверхность Земли . Этот теоретический диполь эквивалентен мощному стержневому магниту в центре Земли и ближе, чем любая другая модель точечного диполя, подходит к описанию магнитного поля , наблюдаемого на поверхности Земли. Напротив, магнитные полюса реальной Земли не противоположны ; то есть линия, на которой они лежат, не проходит через центр Земли.
Из-за движения жидкости во внешнем ядре Земли настоящие магнитные полюса постоянно движутся (вековые вариации). Однако за тысячи лет их направление приближается к оси вращения Земли. Примерно раз в полмиллиона лет полюса меняются местами (т. е. север меняется на юг), хотя временные рамки этого переключения могут варьироваться от каждых 10 тысяч лет до каждых 50 миллионов лет. [2] Полюса также ежедневно раскачиваются по овалу диаметром около 50 миль (80 км) из-за отклонения магнитного поля солнечным ветром . [3]
Хотя геомагнитный полюс является лишь теоретическим и не может быть определен непосредственно, он, возможно, имеет более практическое значение, чем магнитный (наклонный) полюс. Это связано с тем, что полюса многое говорят о магнитном поле Земли, определяя, например, где можно наблюдать полярные сияния . Дипольная модель магнитного поля Земли состоит из расположения геомагнитных полюсов и дипольного момента, который описывает силу поля. [3]
В качестве приближения первого порядка магнитное поле Земли можно смоделировать как простой диполь (похожий на стержневой магнит), наклоненный примерно на 9,6° по отношению к оси вращения Земли (которая определяет географический северный и географический южный полюса ) и с центром в точке центр Земли. [5] Северный и Южный геомагнитные полюса являются противоположными точками , где ось этого теоретического диполя пересекает поверхность Земли. Таким образом, в отличие от реальных магнитных полюсов, геомагнитные полюса всегда имеют одинаковую широту и дополнительные градусы долготы соответственно (2017 г.: 80,5 ° с.ш., 80,5 ° ю.ш.; 72,8 ° з.д., 107,2 ° в.д.). [4] Если бы магнитное поле Земли было идеальным диполем, силовые линии были бы вертикальны к поверхности на геомагнитных полюсах и совпадали бы с северным и южным магнитными полюсами, причем северный магнитный полюс находился бы на южном конце диполя. . Однако это приближение несовершенно, поэтому Магнитный и Геомагнитный полюса лежат на некотором расстоянии друг от друга. [6]
Подобно Северному магнитному полюсу , Северный геомагнитный полюс притягивает северный полюс стержневого магнита и поэтому в физическом смысле фактически является южным магнитным полюсом. Это центр «открытых» силовых линий магнитного поля, которые соединяются с межпланетным магнитным полем и обеспечивают прямой путь солнечному ветру к достижению ионосферы . По состоянию на 2020 год [обновлять]он находился на координатах 80 ° 39' с.ш., 72 ° 41' з.д. / 80,65 ° с.ш., 72,68 ° з.д. / 80,65; -72,68 (Северный геомагнитный полюс 2020 года) , [7] на острове Элсмир , Нунавут , Канада , по сравнению с 2015 годом, когда он находился на координатах 80°22'N 72°37'W / 80,37°N 72,62°W/80,37; -72,62 (Северный геомагнитный полюс, оценка 2015 г.) , также на острове Элсмир. [5]
Южный геомагнитный полюс — это точка, где ось этого наиболее подходящего наклонного диполя пересекает поверхность Земли в южном полушарии. По состоянию на 2020 год [обновлять]он расположен на координатах 80 ° 39' ю.ш., 107 ° 19' в.д. / 80,65 ° ю.ш., 107,32 ° в.д. / -80,65; 107,32 (Южный геомагнитный полюс, 2020 г.) , [7] тогда как в 2005 году было рассчитано, что он расположен на координатах 79 ° 44' ю.ш., 108 ° 13' в.д. / 79,74 ° ю.ш., 108,22 ° в.д. / -79,74; 108,22 (Южный геомагнитный полюс, оценка 2005 г.) , недалеко от станции Восток .
Поскольку фактическое магнитное поле Земли не является точным диполем, (расчетные) Северный и Южный геомагнитные полюса не совпадают с Северным и Южным магнитными полюсами. Если бы магнитные поля Земли были точно диполярными, северный полюс магнитной стрелки компаса указывал бы прямо на Северный геомагнитный полюс. На практике этого не происходит, поскольку геомагнитное поле, зарождающееся в ядре, имеет более сложную недиполярную часть, а в локальное поле вклад вносят и магнитные аномалии в земной коре . [5]
Положения геомагнитных полюсов рассчитываются путем статистической подгонки к измерениям поля Земли на спутниках и в геомагнитных обсерваториях. Это может быть Международное геомагнитное эталонное поле (охватывающее широкий исторический период) [8] или Мировая магнитная модель США (охватывающая только пятилетний период).
Геомагнитные полюса движутся со временем, потому что геомагнитное поле создается движением расплавленных железных сплавов во внешнем ядре Земли . (См. геодинамо .) За последние 150 лет полюса смещались на запад со скоростью от 0,05° до 0,1° в год и приближались к истинным полюсам на 0,01° в год. [6]
За несколько тысяч лет среднее расположение геомагнитных полюсов совпадает с географическим. Палеомагнетисты долгое время полагались на гипотезу геоцентрического осевого диполя (GAD) , которая утверждает, что — за исключением периодов геомагнитных инверсий — усредненное по времени положение геомагнитных полюсов всегда совпадало с географическими полюсами. Существуют значительные палеомагнитные свидетельства, подтверждающие эту гипотезу. [9]
За время существования Земли ориентация магнитного поля Земли менялась много раз: геомагнитный север становился геомагнитным югом и наоборот – событие, известное как геомагнитная инверсия . Свидетельства инверсии геомагнитного поля можно увидеть на срединно-океанических хребтах , где тектонические плиты расходятся. Когда магма просачивается из мантии и затвердевает, образуя новое дно океана, магнитные минералы в нем намагничиваются в направлении магнитного поля. Изучение этой остаточной намагниченности называется палеомагнетизмом . Таким образом, начиная со дна океана, образовавшегося совсем недавно, можно определить направление магнитного поля в предыдущие моменты времени по мере продвижения к более старому дну океана.