З історії дослідження фізичних полів Землі

Людина здавна хотіла вивчити, а то й підкорити могутні сили природи, які панували на нашій планеті. Багато спостережуваних явищ вчені не могли пояснити на протязі століть.

Одна з основних взаємодій – гравітаційна була відкрита англійським вченим І.Ньютоном в ХVIІ столітті. Вона є однією з важливих особливостей Землі. В основу теорії гравітації покладено закон всесвітнього тяжіння, відповідно до якого всі тіла притягуються з силою, що прямо пропорційна добутку мас взаємодіючих тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Цей закон був відкритий І.Ньютоном у ХУІІ столітті. Формула закону всесвітнього тяжіння має такий вигляд:

де F – сила гравітаційної взаємодії між тілами; 

G – гравітаційна стала; m1,  m2 – маси тіл;

R – відстань між центрами тіл 1 і 2.

 Багато вчених цікавилися силами тяжіння. Свого часу ще Галілей намагався дослідити падіння тіл з похилої Пізанської вежі. На півтора століття раніше до Ньютона польський  вчений Коперник писав про тяжіння: «Важкість є не що інше, як природне прагнення, яким батько Всесвіту обдарував усі частинки, а саме з’єднуватися в одне загальне ціле, утворюючи тіла кулястої форми». Подібні роздуми були і в інших вчених. Формули, відкриті Ньютоном, дозволили достатньо точно обчислити траєкторії руху планет і побудувати одну з перших математичних моделей Всесвіту.

Колись в науці вважалося, що планета Земля є нерухомою, а рух інших небесних об’єктів є надзвичайно складним. Галілео Галілей одним з перших висловив припущення, що Земля рухається навколо Сонця. Не зразу науковці сприйняли цю теорію. Вчений Тихо Браге вирішив перевірити це припущення, зробивши вимірювання координат космічних об’єктів на небесній сфері. Трохи пізніше безпосередні вимірювання Браге потрапили до Кеплера, який зумів пояснити траєкторії руху планет і Землі навколо Сонця, сформулювавши три закони руху.

Хоч закони Кеплера добре описували спостережуваний рух планет, проте вони не розкривали причин, що привели до такого руху. Тому саме теорія гравітації, відкрита Ньютоном, дозволила назвати ті причини, що зумовили рух космічних тіл за законами Кеплера, пояснила особливості їхнього руху в більш складних випадках. Згідно теорії Ньютона можна було описати явища як земного, так і космічного масштабів («знамените» падіння яблука на Землю і рух зірок  у галактичному скупченні).

На Землі діють невидимі процеси, які людьми майже не відчуваються. Перш за все – це земний магнетизм. Явище магнетизму відоме людям досить давно.

В 1600 р. англійський вчений Уільям Гілберт в своїй книзі «Про магніт, магнітні тіла і великий магніт – Землю» представив Землю, як гігантський постійний магніт, вісь якого не збігалася з віссю обертання Землі. Гілберт підтвердив своє припущення на досліді: він виточив з природного магніту велику кулю і, наближаючи до поверхні кулі магнітну стрілку показав, що вона встановлюється так, як стрілка компаса на Землі. Графічно магнітне поле Землі подібне на магнітне поле постійного магніту.

В 1702 році вчений Галлей створив перші магнітні карти Землі.

Наша планета Земля є гігантським  сферичним магнітом. В природі магнітного поля нашої планети ще багато залишається невідомим. Магнітне поле Землі – область, де діють магнітні сили.  

Постійними магнітами можуть бути тільки певні метали: залізо і нікель. Їх називають феромагнітними матеріалами. Ці речовини, якщо їх нагріти вище точки Кюрі (770°С для заліза і 358°С для нікелю) втрачають свої магнітні властивості. Зрозуміло, якщо в надрах Землі температура значно вища за дані температури, то земне ядро, яке складається в переважно із заліза не може бути феромагнітним і створювати магнітне поле Землі. 

Ще в 1635 році вчений Геллібранд встановив, що магнітне поле Землі змінюється. Пізніше було встановлено, що існують постійні і короткочасні зміни магнітного поля. Причиною постійних змін є наявність корисних копалин. На Землі є такі території, де її власне магнітне поле сильно спотворюється наявністю покладів залізної руди.

 Цікавим і повчальним є життєвий та творчий шлях видатних фізиків-дослідників Майкла Фарадея та Марії Склодовської Кюрі.