Геомагнитные полюса являются антиподальными точками , где ось наиболее подходящего диполя пересекает поверхность Земли . Этот теоретический диполь эквивалентен мощному стержневому магниту в центре Земли и подходит ближе, чем любая другая модель точечного диполя, к описанию магнитного поля, наблюдаемого на поверхности Земли. Напротив, магнитные полюса реальной Земли не являются антиподальными ; то есть линия, на которой они лежат, не проходит через центр Земли.
Из-за движения жидкости во внешнем ядре Земли фактические магнитные полюса постоянно движутся (вековые изменения). Однако на протяжении тысяч лет их направление в среднем совпадает с осью вращения Земли. Примерно раз в полмиллиона лет полюса меняются местами (т. е. север меняет местами юг), хотя временные рамки этого переключения могут быть где угодно от 10 тысяч лет до 50 миллионов лет. [2] Полюса также ежедневно колеблются по овалу диаметром около 50 миль (80 км) из-за солнечного ветра , отклоняющего магнитное поле. [3]
Хотя геомагнитный полюс является лишь теоретическим и не может быть локализован напрямую, он, возможно, имеет большее практическое значение, чем магнитный (дип) полюс. Это связано с тем, что полюса во многом описывают магнитное поле Земли, определяя, например, где можно наблюдать полярные сияния . Дипольная модель магнитного поля Земли состоит из расположения геомагнитных полюсов и дипольного момента, который описывает напряженность поля. [3]
В качестве приближения первого порядка магнитное поле Земли можно смоделировать как простой диполь (например, стержневой магнит), наклоненный примерно на 9,6° относительно оси вращения Земли (которая определяет географический Северный и географический Южный полюса ) и центрированный в центре Земли. [5] Северный и Южный геомагнитные полюса являются антиподными точками , где ось этого теоретического диполя пересекает поверхность Земли. Таким образом, в отличие от фактических магнитных полюсов, геомагнитные полюса всегда имеют равный градус широты и дополнительный градус долготы соответственно (2017: широта 80,5° с.ш., 80,5° ю.ш.; долгота 72,8° з.д., 107,2° в.д.). [4] Если бы магнитное поле Земли было идеальным диполем, линии поля были бы вертикальны к поверхности на геомагнитных полюсах, и они бы совпадали с Северным и Южным магнитными полюсами, при этом Северный магнитный полюс находился бы на южном конце диполя. Однако это приближение несовершенно, и поэтому магнитный и геомагнитный полюса находятся на некотором расстоянии друг от друга. [6]
Подобно Северному магнитному полюсу , Северный геомагнитный полюс притягивает северный полюс стержневого магнита и , таким образом, в физическом смысле фактически является магнитным южным полюсом. Это центр «открытых» линий магнитного поля, которые соединяются с межпланетным магнитным полем и обеспечивают прямой путь для солнечного ветра, чтобы достичь ионосферы . По состоянию на 2020 год [обновлять]он находился в 80°39′N 72°41′W / 80.65°N 72.68°W / 80.65; -72,68 (геомагнитный Северный полюс 2020 г., оценка) [ 7] на острове Элсмир , Нунавут , Канада , по сравнению с 2015 годом, когда он находился на 80°22′ с. ш. 72°37′ з. д. / 80,37° с. ш. 72,62° з. д. / 80,37; -72,62 (геомагнитный Северный полюс 2015 г., оценка) также на острове Элсмир. [5]
Южный геомагнитный полюс — это точка, в которой ось этого наиболее подходящего наклонного диполя пересекает поверхность Земли в южном полушарии. По состоянию на 2020 год [обновлять]он расположен в точке с координатами 80°39′S 107°19′E / 80,65°S 107,32°E / -80,65; 107,32 (геомагнитный южный полюс 2020 г., оценка) [ 7] , тогда как в 2005 году его вычисляли в точке с координатами 79°44′S 108°13′E / 79,74°S 108,22°E / -79,74; 108,22 (геомагнитный южный полюс 2005 г., оценка) , вблизи станции Восток .
Поскольку фактическое магнитное поле Земли не является точным диполем, (вычисленные) Северный и Южный геомагнитные полюса не совпадают с Северным и Южным магнитными полюсами. Если бы магнитные поля Земли были точно дипольными, северный полюс магнитной стрелки компаса указывал бы прямо на Северный геомагнитный полюс. На практике это не так, поскольку геомагнитное поле, которое возникает в ядре, имеет более сложную недипольную часть, а магнитные аномалии в земной коре также вносят свой вклад в локальное поле. [5]
Местоположение геомагнитных полюсов рассчитывается путем статистической подгонки к измерениям поля Земли с помощью спутников и в геомагнитных обсерваториях. Это может быть Международное геомагнитное опорное поле (охватывающее широкий временной промежуток в истории) [8] или Мировая магнитная модель США (охватывающая только пятилетний период).
Геомагнитные полюса смещаются со временем, поскольку 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 со скоростью 0,01° в год. [6]
На протяжении нескольких тысяч лет среднее положение геомагнитных полюсов совпадает с географическими полюсами. Палеомагнетики 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 многократно менялась, при этом геомагнитный север становился геомагнитным югом и наоборот — событие, известное как геомагнитная инверсия . Доказательства геомагнитных инверсий можно увидеть на срединно-океанических хребтах , где тектонические плиты расходятся. Когда магма просачивается из мантии и затвердевает, становясь новым дном океана, магнитные минералы в ней намагничиваются в направлении магнитного поля. Изучение этой остаточной намагниченности называется палеомагнетизмом . Таким образом, начиная с самого недавно сформированного дна океана, можно определить направление магнитного поля в предыдущие времена по мере продвижения к более старому дну океана.