Как мы можем сделать оценку по порядку величины силы магнитного поля Земли?

Источником магнитного поля Земли является динамо-машина, приводимая в действие конвекционным током в расплавленном ядре. Используя некоторые основные принципы физики (уравнения Максвелла, уравнения гидромеханики), свойства Земли (масса, радиус, состав, температурный градиент, угловая скорость) и свойства материалов (проводимость и вязкость расплавленного железа) или другие соответствующие факты, можно ли можно ли оценить напряженность поля на порядок (около одного гаусса)?

Все описания геодинамо, которые я видел, относятся к обширным числовым вычислениям на компьютере, но можем ли мы получить общее представление с помощью простой оценки?

Интересный вопрос. Мой инстинкт говорит, что нет простого объяснения, которое можно было бы сделать без некоторых предположений высокого уровня о скорости железных токов в ядре Земли, намагниченности железа и т. д. Но я не могу быть уверен.
Ну, я не думаю, что железо намагничено, потому что оно расплавлено. Возможно, скорость течений можно было бы оценить, основываясь на таких вещах, как градиент температуры, вязкость и плотность, но я не очень хорошо разбираюсь в гидродинамике, чтобы попытаться ответить на этот вопрос.
@MarkE Возможно, это могло бы выглядеть так: «Как я могу оценить магнитное поле Земли по порядку величины?» Как было сказано, я просто понял, что вы задаете вопрос «нумерологического» типа, который сводится к тому, почему единица «Гаусс» определяется как таковая. Я чуть не вернулся сюда с этой страницы , чтобы возмущаться тем, что 0,30 — это не «примерно один Гаусс».

Ответы (3)

Жители Земли защищены от солнечного ветра магнитным полем Земли. Заряженные частицы Солнца (в основном) проникают в земную атмосферу с большой скоростью. Эти частицы могут быть захвачены магнитным полем, чтобы следовать круговым траекториям вокруг силовых линий магнитного поля , тем самым теряя свою энергию из-за столкновений или тормозного излучения .

Из первых принципов мы можем попытаться оценить силу магнитного поля, необходимого для улавливания заряженных частиц, летящих с большой скоростью.

Начиная с силы Лоренца и кругового движения, мы имеем: Б д в "=" м в 2 р , так Б "=" м в д р .
в - скорость частицы, ок. скорость света, порядок величины 10 8 РС. д - заряд частицы, элементарная единица порядка величины 10 − 19 С. м - масса частицы, ок. масса протона, порядок величины 10 − 27 кг. р - радиус, в котором частица должна быть захвачена, не более 10 км (высота атмосферы) 10 4 м. Это дает Б ∼ 10 − 4 Т "=" 1 Гаусс.

Мы должны ценить разумный замысел...

Ха! Очень забавный Джерард. Оценка порядка величины, основанная на антропном принципе! (Если бы поле было слабее, нас бы здесь не было, чтобы его наблюдать).

Попробуйте взглянуть на цифры моделирования 2005 года, проведенного Takahashi et.al. в журнале Science , которые, по крайней мере, показывают повторяющиеся изменения на http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/309/5733/459?cookietest=yes .

Учитывая, что вязкость, структура и тепловыделение ядра до некоторой степени неизвестны, и что процесс может зависеть от параметрического усиления и даже параметрического резонанса, это кажется довольно хорошим началом.

Спасибо за ссылку. Я не был в состоянии понять много из этого, все же. Похоже, что сообщали только о методах и результатах компьютерного моделирования.
Я решил пометить этот ответ как принятый, потому что он точно указывает, что мы знаем об этом явлении. Я лично задал этот вопрос Стерлу Финни, астрофизику, преподающему класс физики в Калифорнийском технологическом институте. Он сказал, что, хотя мы можем оценить несколько важных факторов (и углубился в детали, которые я не совсем понял), в настоящее время нет известного способа сделать оценку порядка величины. Моделирование суперкомпьютера — это в значительной степени те знания, которые у нас есть.

Одним из ответов может быть закон Бенфорда, который гласит, что вероятность того, что ведущая цифра равна 1 среди естественных констант, составляет примерно 30%.

Как интерпретировать закон Бенфорда:
Любая константа и измерение «новых» явлений могут быть в любом диапазоне. Хорошо, максимальная величина для известной вселенной составляет примерно 10 ^ 60, но все же. Выбор случайного числа из этого диапазона распределяется не равномерно, а логарифмически.

пример: мы выбираем случайное число от 1 до 10^10.
Существует одинаковая вероятность выбрать число от 1 до 10^5 и от 10^5 до 10^10, таким образом мы можем доказать, что наиболее вероятно выбрать число, которое начинается с 1 и наименее вероятным с 9. Мы можем проверить это правило, просто взглянув на логарифмическую шкалу или выполнив некоторые математические действия.

Измерение земного поля, гравитации или чего-то еще подчиняется этому закону, и именно поэтому наиболее вероятно, что вы измерите 1*10^n.

Другая причина , по которой поле составляет 1 гаусс, заключается в том, что 1 — это просто величина/порядок поля. (кстати, в статье в Википедии на эту тему говорится, что оно составляет от 0,3 до 0,6 Гс) http://en.wikipedia.org/wiki/Earth's_ Magnetic_field#Field_characteristics

Это интересно, но на самом деле не отвечает на вопрос - например, почему 1, а не 11, 120, 0,000015 или что-то в этом роде? Кроме того, это вероятностное утверждение, а не причина того, почему конкретное число имеет то значение, которое оно имеет. Поэтому я думаю, что я должен проголосовать за это. (Извините! Ничего личного)
Я думаю, что этот вопрос похож на вопрос, почему гравитация Земли составляет 10 мс ^ -2, а скорость света 3 * 10 ^ 8 мс ^ -1, а час / составляет 10 ^ -34 Дж и почему давление Земли составляет 1 бар. .
Да, и закон Бенфорда тоже не касается ни одного из этих чисел.
Конечно, это так. Посмотрите, например, на закон Бенфорда о распределении первых цифр населения 237 стран мира. Закон Бенфорда применим к большинству чисел в природе, которые могут находиться в диапазоне нескольких порядков.
Ралу, прошу прощения, но это, честно говоря, глупый ответ. Я хотел знать порядок силы магнитного поля Земли, а не первую цифру при измерении в каких-то условных единицах.
@MarkE Тогда, возможно, вам следует переименовать вопрос. Например, «Почему масса протона примерно равна 1E-27 кг?» — может быть вопросом того же типа, но, как дано, они оба спрашивают, почему наши единицы имеют ту величину, которую имеют они.
На самом деле может быть естественным, что единицы для новых явлений (например, магнитного поля Земли) устанавливаются таким образом, что они приблизительно равны. 1,.. для наиболее распространенной ситуации. Рационализация происходит позже.
@Gerard: Все, что нам нужно сделать, это выяснить, как Гаусс измерил магнитное поле Земли в 1885 году (то есть, какие константы и единицы он использовал), и это должно быть ясно.
@ Марк, я думаю, мы можем предположить, что он начал с компаса в качестве детектора. Таким образом, единица обнаруживаемого поля была аналогична полю, для измерения которого был разработан инструмент.
Как мы можем сделать оценку по порядку величины силы магнитного поля Земли?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v