Известно, что магнитные полюса Земли непостоянны, что связано с внутренней динамо-машиной планеты — неоднородностью ядра и его асимметрией. Раз в 300 тыс. лет полюса даже меняются местами. Но иногда происходит странное, как 41 тыс. лет назад, когда полюса начинают меняться очень быстро — в течение столетий. Плохо, что ослабевающее в такие периоды магнитное поле начинает пропускать космические лучи и жёсткое солнечное излучение — такое добром не заканчивается.

Источник изображения: European Space Agency

Свои выводы о наблюдении последних лет за динамикой магнитных полюсов планеты сообщили китайские учёные. Они не могут пока назвать причину быстрого дрейфа магнитных полюсов, но твёрдо убеждены, что магнитное поле над Западным Полушарием быстро ослабевает, а над Восточным — усиливается.

Перелом произошёл в течение последних 30 лет. Используя новейшие модели и данные, учёные восстановили глобальные изменения в напряженности магнитного поля с 1900 года. Они обнаружили, что с 1930 по 1990 год напряженность магнитного поля над Северной Америкой увеличилась и была выше, чем во многих других регионах мира. Однако к 2020 году напряженность магнитного поля над Западным Полушарием упала до уровня, едва превышающего среднемировой. И если раньше северный магнитный полюс смещался со скоростью 10 км в год, то после 2020 года скорость смещения возросла почти в семь раз.

Постоянство и сила магнитного поля планеты служит экраном для высокоэнергичных частиц из космоса и от Солнца. Также поле защищает от выбросов солнечной плазмы, когда они направлены в сторону Земли. Магнитное поле планеты сформировало два радиационных пояса из таких частиц, названных поясами Ван Аллена.

Во время быстрой переполюсовки 41 тыс. лет назад, которая получила название «событие Лашамп», сила магнитного поля снизилась до 6 % от номинального, что привело к бомбардировке поверхности Земли высокоэнергетическими частицами из космоса. Нельзя исключать, что наблюдаемый в последние годы дрейф полюсов может привести к чему-то подобному. Наши знания о строении Земли не обладают полнотой, достаточной для прогнозирования таких явлений.

Учёные из Китая представили электромагнит, не использующий сверхпроводимость, который установил мировой рекорд — он создал устойчивое электромагнитное поле силой 42 Тл (тесла), побив предыдущий рекорд аналогичной американской установки на 0,6 Тл. Такое мощное магнитное поле необходимо как для разработки ещё более сильных магнитов, так и для решения множества актуальных материаловедческих задач.

Источник изображения: HFIPS

В последние годы создание мощнейших магнитных полей стало проще благодаря использованию сверхпроводимости. С учётом криогенного охлаждения это связано с меньшими затратами энергии на сам процесс и позволяет добиваться ещё более высоких значений напряжённости магнитного поля. Та же команда китайских учёных, например, с помощью гибридной сверхпроводящей магнитной установки два года назад достигла напряжённости магнитного поля в 45,2 Тл.

Однако использование обычных электромагнитов, иногда называемых резистивными (поскольку в их катушках ток испытывает сопротивление при циркуляции по контуру), в ряде случаев оказывается более выгодным. По крайней мере, для них не требуется криогенного оборудования, хотя без активного охлаждения обойтись всё равно нельзя — обмотка сильно нагревается. В таких случаях для оптимального охлаждения мощных электромагнитов был придуман магнит Биттера.

Пример одного из витков магнита Биттера из медной пластины. Источник изображения: Wikipedia

Магнит Биттера состоит из чередующихся слоёв проводящих и изолирующих материалов, в которых просверлены отверстия, создающие рисунок пространственной спирали. Магнитное поле в магните как бы фокусируется под ним, достигая запредельных значений, а по отверстиям с огромной скоростью циркулирует вода или другой хладагент, отводя тепло от обмоток. Китайские учёные смогли опередить своих коллег из США, создав более совершенную электромагнитную установку, и обещают в будущем превзойти этот результат.