Северный магнитный полюс , также известный как магнитный северный полюс , — это точка на поверхности Северного полушария Земли , в которой магнитное поле планеты направлено вертикально вниз (другими словами, если магнитной стрелке компаса позволить вращаться в трех измерениях, она будет указывать прямо вниз). Существует только одно место, где это происходит, вблизи (но отлично от) географического северного полюса . Геомагнитный северный полюс — это северный антиподальный полюс идеальной дипольной модели магнитного поля Земли , которая является наиболее точно соответствующей моделью фактического магнитного поля Земли.
Северный магнитный полюс с течением времени перемещается в соответствии с магнитными изменениями и удлинением магнитной доли [2] во внешнем ядре Земли . [3] В 2001 году Геологическая служба Канады определила, что он находится к западу от острова Элсмир на севере Канады в точке с координатами 81°18′N 110°48′W / 81.300°N 110.800°W / 81.300; -110.800 (Магнитный северный полюс 2001) . [4] Он располагался в точке с координатами 83°06′N 117°48′W / 83.100°N 117.800°W / 83.100; -117,800 (оценка Северного магнитного полюса 2005 года) в 2005 году. В 2009 году, все еще находясь в пределах канадской Арктики в точке с координатами 84°54′N 131°00′W / 84,900°N 131,000°W / 84,900; -131,000 (Северный магнитный полюс 2009 года) [5] , он двигался в сторону России со скоростью от 55 до 60 км (от 34 до 37 миль) в год. [6] В 2013 году расстояние между северным магнитным полюсом и географическим северным полюсом составляло приблизительно 800 километров (500 миль). [7] По прогнозам, к 2021 году полюс переместится за пределы канадской Арктики до 86°24′00″ с.ш. 156°47′10″ в.д. / 86,400° с.ш. 156,786° в.д. / 86,400; 156,786 (оценка Северного магнитного полюса на 2021 год) . [8] [5]
Его аналог в южном полушарии — южный магнитный полюс . Поскольку магнитное поле Земли не совсем симметрично, северный и южный магнитные полюса не являются антиподами , что означает, что прямая линия, проведенная от одного к другому, не проходит через геометрический центр Земли.
Северный и южный магнитные полюса Земли также известны как полюса магнитного падения , что связано с вертикальным «падением» линий магнитного поля в этих точках. [9]
Все магниты имеют два полюса, где линии магнитного потока входят в один полюс и выходят из другого полюса. По аналогии с магнитным полем Земли, они называются «северным» и «южным» полюсами магнита. До того, как магнетизм был хорошо понят, полюс магнита, ищущий север, определялся как имеющий обозначение севера, в соответствии с их использованием в ранних компасах . Однако противоположные полюса притягиваются, что означает, что как физический магнит, магнитный северный полюс Земли фактически находится в южном полушарии. [11] [12] Другими словами, если мы установим, что истинный географический север — это север, то то, что мы называем северным магнитным полюсом Земли, на самом деле является ее южным магнитным полюсом, поскольку он притягивает северный магнитный полюс других магнитов, таких как стрелки компаса.
Направление линий магнитного поля определяется таким образом, что линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс магнита.
Ранние европейские мореплаватели, картографы и ученые считали, что стрелки компаса притягиваются к гипотетическому «магнитному острову» где-то на далеком севере (см. Rupes Nigra ) или к Полярной звезде . [13] Идея о том, что сама Земля действует как по сути гигантский магнит, была впервые предложена в 1600 году английским врачом и натурфилософом Уильямом Гилбертом . Он также был первым, кто определил северный магнитный полюс как точку, в которой магнитное поле Земли направлено вертикально вниз. Это текущее определение, хотя прошло несколько сотен лет, прежде чем природа магнитного поля Земли была понята с современной точностью и точностью. [13]
Первую группу, достигшую северного магнитного полюса, возглавлял Джеймс Кларк Росс , который нашел его на мысе Аделаида на полуострове Бутия 1 июня 1831 года, во время службы во второй арктической экспедиции своего дяди, сэра Джона Росса . Руаль Амундсен нашел северный магнитный полюс в немного другом месте в 1903 году. Третье наблюдение было сделано канадскими правительственными учеными Полом Серсоном и Джеком Кларком из Астрофизической обсерватории Доминиона , которые нашли полюс на озере Аллен на острове Принца Уэльского в 1947 году. [14]
В начале Холодной войны Министерство обороны США признало необходимость всестороннего обследования североамериканской Арктики и попросило армию США взяться за эту задачу. В 1946 году было дано задание недавно сформированному Стратегическому авиационному командованию ВВС Армии исследовать весь район Северного Ледовитого океана . Исследование проводилось 46-й (позже переименованной в 72-ю) фоторазведывательной эскадрильей и сообщалось как о засекреченной совершенно секретной миссии под названием «Проект Нанук» . Этот проект, в свою очередь, был разделен на множество отдельных, но одинаково засекреченных проектов, одним из которых был проект «Поларис», который представлял собой радарное, фотографическое ( триметрогон , или трехугольные, камеры) и визуальное исследование всего Канадского архипелага . Для сопровождения каждого полета был назначен канадский офицер-наблюдатель.
Фрэнк О. Кляйн, директор проекта, заметил, что феррозондовый компас ведёт себя не так непредсказуемо, как ожидалось — он колебался не более чем на 1–2 градуса на большей части региона — и начал изучать северный земной магнетизм. [15] [16] При содействии многих его товарищей по эскадрилье в получении многих сотен статистических показаний были получены поразительные результаты: центр северного магнитного полюса наклона находился на острове Принца Уэльского примерно в 400 км (250 миль) к северо-северо-западу от положений, определенных Амундсеном и Россом, и полюс наклона не был точкой, а занимал эллиптическую область с фокусами примерно в 400 км (250 миль) друг от друга на полуострове Бутия и острове Батерст . Кляйн назвал два фокуса локальными полюсами из-за их важности для навигации в чрезвычайных ситуациях при использовании процедуры «наведения». [ необходимо уточнение ] Примерно через три месяца после того, как выводы Кляйна были официально представлены, канадская наземная экспедиция была отправлена в Архипелаг, чтобы определить положение магнитного полюса. Р. Гленн Мадилл, начальник отдела земного магнетизма Департамента горнодобывающей промышленности и ресурсов Канады, написал лейтенанту Кляйну 21 июля 1948 года:
… мы согласны в одном, и это наличие того, что мы можем назвать главным магнитным полюсом на северо-западе острова Принца Уэльского. Я принял в качестве чисто предварительного значения широту положения 73°N и долготу 100°W. Ваши значения 73°15'N и 99°45'W прекрасно согласуются, и я предлагаю вам использовать ваши значения всеми возможными способами.
— Р. Гленн Мадилл [15]
(Расстояние между позициями составляло менее 30 км (20 миль).
Канадское правительство с тех пор провело несколько измерений, которые показали, что северный магнитный полюс постоянно движется на северо-запад. В 2001 году экспедиция обнаружила полюс в точке 81°18′N 110°48′W / 81.300°N 110.800°W / 81.300; -110.800 (Magnetic North Pole 2001) .
В 2007 году последнее исследование обнаружило полюс в 83°57′00″N 120°43′12″W / 83.95000°N 120.72000°W / 83.95000; -120.72000 (местоположение Северного магнитного полюса 2007 года) . [17] В течение 20-го века он переместился на 1100 км (680 миль), а с 1970 года скорость его движения ускорилась с 9 до 52 км (5,6 до 32,3 миль) в год (в среднем за 2001–2007 годы; см. также полярный дрейф ). Участники экспедиции 2007 года по поиску Северного магнитного полюса писали, что такие экспедиции стали логистически сложными, поскольку полюс удаляется от населенных пунктов. Они ожидают, что в будущем положение магнитного полюса будет определяться на основе спутниковых данных, а не наземных исследований. [17]
Это общее движение является дополнением к суточному или дневному изменению, при котором северный магнитный полюс описывает неровный эллипс с максимальным отклонением 80 км (50 миль) от своего среднего положения. [18] Этот эффект обусловлен возмущениями геомагнитного поля заряженными частицами от Солнца .
По состоянию на начало 2019 года магнитный северный полюс перемещается из Канады в сторону Сибири со скоростью приблизительно 55 км (34 мили) в год. [19]
NOAA определяет местоположение магнитного северного полюса в 2024 году как 86 градусов северной широты, 142 градуса восточной долготы. К 2025 году он сместится до 138 градусов восточной долготы (та же широта). [20]
Первая команда новичков, достигшая магнитного северного полюса, сделала это в 1996 году под руководством Дэвида Хемплмена-Адамса . В ее состав вошли первая британка Сью Стокдейл и первая шведка, достигшая полюса. [21] [22] [23] Команда также успешно отследила местоположение магнитного северного полюса от имени Университета Оттавы и сертифицировала его местоположение с помощью магнитометра и теодолита в 78°35′42″N 104°11′54″W / 78.59500°N 104.19833°W / 78.59500; -104.19833 (магнитный северный полюс 1996) . [24] [25]
Polar Race — соревнование, проводившееся дважды в год с 2003 по 2011 год. Оно проводилось между общиной Резольют на берегу залива Резольют , Нунавут , на севере Канады и местом расположения северного магнитного полюса в 1996 году в точке с координатами 78°35′42″ с. ш., 104°11′54″ з. д. (78,59500° с. ш., 104,19833° з. д.) (Северный магнитный полюс 1996 года) , также на севере Канады.
25 июля 2007 года на канале BBC Two в Соединенном Королевстве транслировался Top Gear: Polar Special , в котором Джереми Кларксон , Джеймс Мэй и их команда поддержки и съемочной группы утверждали, что они были первыми людьми в истории, достигшими местоположения северного магнитного полюса 1996 года на севере Канады на машине. [26] [ необходим лучший источник ] Обратите внимание, что они не достигли фактического северного магнитного полюса, который на тот момент (2007 год) сместился на несколько сотен километров севернее положения 1996 года. [10] [ не удалось проверить ]
Исторически магнитный компас был важным инструментом для навигации . Хотя он был широко заменен глобальными системами позиционирования , многие самолеты и корабли все еще имеют их, как и случайные лодочники и туристы. [27]
Направление, в котором указывает стрелка компаса, известно как магнитный север. В общем, это не совсем направление северного магнитного полюса (или любого другого постоянного местоположения). Вместо этого компас выравнивается по местному геомагнитному полю, которое сложным образом меняется на поверхности Земли, а также с течением времени. Локальная угловая разница между магнитным севером и истинным севером называется магнитным склонением . Большинство систем координат карт основаны на истинном севере, и магнитное склонение часто указывается в легендах карт, так что направление на истинный север можно определить по северу, как указано компасом. [28]
В Северной Америке линия нулевого склонения ( агоническая линия ) проходит от северного магнитного полюса вниз через озеро Верхнее и на юг в Мексиканский залив (см. рисунок). Вдоль этой линии истинный север совпадает с магнитным севером. К западу от агонической линии компас будет показывать к востоку от истинного севера, и по соглашению магнитное склонение положительно. И наоборот, к востоку от агонической линии компас будет показывать к западу от истинного севера, и склонение отрицательно. [29]
В качестве приближения первого порядка магнитное поле Земли можно смоделировать как простой диполь (например, стержневой магнит), наклоненный примерно на 10° относительно оси вращения Земли (которая определяет географический северный и географический южный полюса) и центрированный в центре Земли. Северный и южный геомагнитные полюса являются антиподными точками , где ось этого теоретического диполя пересекает поверхность Земли. Если бы магнитное поле Земли было идеальным диполем, то силовые линии были бы вертикальными на геомагнитных полюсах, и они бы совпадали с магнитными полюсами. Однако приближение несовершенно, и поэтому магнитный и геомагнитный полюса лежат на некотором расстоянии друг от друга. [30]
Как и северный магнитный полюс, северный геомагнитный полюс притягивает северный полюс стержневого магнита и поэтому в физическом смысле фактически является магнитным южным полюсом. Это центр области магнитосферы , в которой можно увидеть Aurora Borealis . По состоянию на 2015 год он находился примерно в 80°22′12″N 72°37′12″W / 80.37000°N 72.62000°W / 80.37000; -72.62000 (Geomagnetic North Pole 2005 est) , над островом Элсмир , Канада [30], но теперь он дрейфует от Северной Америки в сторону Сибири.
За время существования Земли ориентация магнитного поля Земли менялась много раз, при этом магнитный север становился магнитным югом и наоборот — событие, известное как геомагнитная инверсия . Доказательства геомагнитных инверсий можно увидеть на срединно-океанических хребтах , где тектонические плиты раздвигаются, а морское дно заполняется магмой . По мере того, как магма просачивается из мантии , остывает и затвердевает в магматической породе, она запечатлевается с записью направления магнитного поля в то время, когда магма остывала. [31]
