Как можно обнаружить магнитное поле. Как обнаружить магнитное поле: методы и способы детектирования

Как можно обнаружить магнитное поле. Какие существуют способы детектирования магнитного поля. Какие приборы используются для обнаружения магнитного поля. Как работают методы обнаружения магнитного поля.

Что такое магнитное поле и его основные характеристики

Магнитное поле — это особая форма материи, которая создается движущимися электрическими зарядами или постоянными магнитами. Основные характеристики магнитного поля включают:

• Магнитная индукция (B) — векторная величина, характеризующая силу и направление магнитного поля. Измеряется в теслах (Тл).
• Напряженность магнитного поля (H) — векторная величина, равная магнитной индукции в вакууме. Измеряется в амперах на метр (А/м).
• Магнитный поток (Ф) — скалярная величина, характеризующая количество силовых линий, пронизывающих поверхность. Измеряется в веберах (Вб).

Магнитное поле невидимо для человеческого глаза, но его можно обнаружить по силовому воздействию на проводники с током, постоянные магниты и другие магниточувствительные объекты.

Основные способы обнаружения магнитного поля

Существует несколько основных методов, позволяющих обнаружить и исследовать магнитное поле:

1. С помощью компаса

Самый простой способ обнаружить магнитное поле — использовать обычный компас. Стрелка компаса всегда ориентируется вдоль силовых линий магнитного поля. Поднеся компас к источнику поля, можно увидеть отклонение стрелки от направления на магнитный полюс Земли.

2. Железные опилки

Если насыпать железные опилки на лист бумаги и поднести снизу магнит, опилки выстроятся вдоль силовых линий магнитного поля, делая их видимыми. Этот наглядный метод позволяет визуализировать структуру поля.

3. Эффект Холла

Датчики Холла позволяют измерить напряженность магнитного поля, используя эффект возникновения поперечной разности потенциалов в проводнике с током, помещенном в магнитное поле. Это один из самых распространенных методов в современной технике.

4. Магниторезистивный эффект

Основан на изменении электрического сопротивления проводника в магнитном поле. Магниторезистивные датчики позволяют очень точно измерять даже слабые магнитные поля.

Приборы для обнаружения и измерения магнитного поля

Для обнаружения и измерения параметров магнитного поля используются различные приборы:

• Магнитометры — измеряют напряженность и направление магнитного поля.
• Тесламетры — измеряют магнитную индукцию.
• Феррозондовые магнитометры — высокочувствительные приборы для измерения слабых полей.
• Квантовые магнитометры — используют эффекты квантовой физики для сверхточных измерений.
• Индукционные датчики — измеряют изменения магнитного потока.

Выбор конкретного прибора зависит от требуемой точности, диапазона измерений и условий применения.

Магнитное поле Земли и его обнаружение

Магнитное поле Земли — это глобальное магнитное поле, окружающее нашу планету. Его можно обнаружить следующими способами:

• Компас — стрелка всегда указывает на магнитный север.
• Полярные сияния — визуальное проявление взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром.
• Миграция животных — многие виды используют магнитное поле Земли для навигации.
• Спутниковые измерения — позволяют составить детальные карты магнитного поля планеты.

Изучение магнитного поля Земли важно для понимания геологических процессов, прогнозирования космической погоды и навигации.

Применение методов обнаружения магнитного поля

Методы обнаружения и измерения магнитного поля находят широкое применение в различных областях:

• Геология — поиск месторождений полезных ископаемых.
• Медицина — магнитно-резонансная томография (МРТ).
• Археология — обнаружение древних артефактов без раскопок.
• Космические исследования — изучение магнитных полей планет и звезд.
• Промышленность — неразрушающий контроль качества металлических изделий.
• Навигация — компасы и системы ориентации.

Развитие технологий обнаружения магнитного поля открывает новые возможности в науке и технике.

Магнитное поле в космосе

Обнаружение и изучение магнитных полей в космосе представляет особый интерес для астрофизики. Основные методы включают:

• Эффект Зеемана — расщепление спектральных линий в магнитном поле.
• Синхротронное излучение — излучение заряженных частиц в магнитном поле.
• Фарадеевское вращение — поворот плоскости поляризации радиоволн в магнитном поле.
• Прямые измерения с помощью космических аппаратов.

Изучение космических магнитных полей помогает понять процессы формирования и эволюции звезд, планет и галактик.

Биологические эффекты магнитного поля

Магнитные поля могут оказывать влияние на живые организмы. Некоторые способы обнаружения этих эффектов:

• Изучение миграции животных, использующих магнитное поле Земли для навигации.
• Исследование влияния магнитных полей на рост растений.
• Анализ воздействия магнитных полей на клеточные процессы.
• Изучение магниторецепции у различных видов животных.

Понимание биологических эффектов магнитного поля важно для оценки влияния техногенных полей на здоровье человека и экосистемы.

Магнитное поле — определение, виды

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

• магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
• порождается только движущимся электрическим зарядом;
• обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
• магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Магнитное поле создается только движущимся электрическим зарядом? А как же магниты? Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны могут вращаться по разным орбитам. На каждой орбите может находиться по два электрона, которые вращаются в разных направлениях. Но у некоторых веществ не все электроны парные, и несколько электронов крутятся в одном и том же направлении, такие вещества называются ферромагнетиками. А поскольку электрон — заряженная частица, вращающиеся вокруг атома в одну и ту же сторону электроны создают магнитное поле. Получается миниатюрный электромагнит. Если атомы вещества расположены в произвольном порядке, поля этих крошечных магнитиков компенсируют друг друга. Но если эти магнитные поля направить в одну и ту же сторону, то они сложатся — и получится магнит.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:

Как запомнить, что выходят магнитные линии из северного полюса, а приходят в южный? Все просто — на севере жить никто не хочет. Многие люди переезжают туда, где теплее, зимуют в теплых краях, в общем — стремятся на юг. Магнитные линии тоже.

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Наша планета — это один большой магнит. У нее тоже есть северный и южный полюса. Но есть один нюанс — географические полюса отличаются от физических. Да-да, на северном полюсе, который наверху карты, находится южный физический полюс. Ну и наоборот, на южном географическом — северный физический. Не паникуйте, компас показывает вам географический полюс. Да, компас — это магнитная стрелка, и должен по идее показывать физический полюс, но стрелка окрашена так, чтобы направившись на северный физический полюс, показать южный географический. Чтобы люди не путались.

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

А вот и видео эксперимента:

Источник: YouTube-канал «ШКОЛА ОНЛАЙН»

Убедиться во всех физических явлениях с помощью экспериментов поможет современная школа Skysmart. Обучение строится на понимании процессов — ученики изучают разные опыты и даже проводят свои.

А еще решают захватывающие задачки на интерактивной платформе с мгновенной проверкой, отслеживают прогресс в личном кабинете и задают учителю любые — даже самые неловкие — вопросы. Запишите ребенка на бесплатный вводный урок и начните дружить с физикой уже завтра!

что это за явление, как действует на заряженные частицы

Магнитное поле и его характеристики

Определение

Магнитное поле — физическое поле, которое действует только на движущиеся заряды (токи) и тела, обладающие магнитным моментом. Источники магнитного поля — постоянные магниты или электрический ток.

Определение

Магнитный момент — векторная величина, характеризующая магнитные свойства тел и частиц вещества.

Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией \(\overrightarrow B\), измеряющейся в теслах (Тл).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Еще одной характеристикой магнитного поля служит напряженность \(\overrightarrow Н\), она измеряется в эрстедах и гаммах.

Примечание

Единица напряженности магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика Ханса Кристиана Эрстеда.

Гамма, \(\gamma\) — стотысячная доля эрстеда. \(\overrightarrow Н\) — скорее вспомогательная характеристика, так как физически корректные и осмысленные методы измерения предполагают нахождение именно \(\overrightarrow B\), но \(\overrightarrow Н\) иногда оказывается удобнее для расчетов.

Суть ориентирующего действия магнитного поля

Определение

Магнитный диполь — неразделимая совокупность двух магнитных полюсов, северного и южного, находящихся на расстоянии друг от друга.

Существование монополей, магнитов с одним полюсом, невозможно, поскольку магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми. Полюсы магнита всегда направлены на север и на юг, если на магнит оказывает действие только геомагнитное поле Земли. Даже если разломать прямой или дугообразный магнит, каждая его из частей сохранит полярность и не станет монополем.

Способы обнаружения магнитного поля

Обнаружение того факта, что некоторые предметы, например, натертый тканью янтарь, способны притягивать другие предметы, произошло еще в античные времена, а возможно, и раньше. Тем не менее органы чувств человека не позволяют ему ощутить магнитное поле, поэтому выявление его наличия возможно только по его воздействию на движущиеся электрические заряды или магниты, которые перемещаются в пространстве.

Как действует на заряженные частицы

На заряженную частицу, которая движется в магнитном поле, воздействует сила Лоренца. В системе СИ она описывается следующим выражением:

\(F = q[v, B]\)

Квадратные скобки здесь обозначают векторное произведение.

Как действует на токи

Поскольку на любую движущуюся заряженную частицу в магнитном поле воздействует сила Лоренца, она будет воздействовать и на проводник, по которому идет ток. Сложив силы, влияющие на отдельные движущиеся заряды, можно вычислить силу Ампера — силу, с которой поле воздействует на проводник. Формула для ее вычисления:

\(d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B\)

\(I\) здесь — сила тока, протекающего через проводник; \(l\) — вектор длины проводника, направленный в ту же сторону, куда течет ток; \(В\) — магнитная индукция.

Воздействие токов на магниты

Есть простой способ увидеть магнитные силовые линии — достаточно насыпать на лист железные опилки и положить постоянный магнит рядом с ними, или пропустить сквозь центр листа, перпендикулярно его поверхности, провод под током. Опилки намагнитятся и сами распределятся по листу, создав окружности вокруг магнита или провода. А с помощью глицерина, обладающего подходящими вязкостью и прозрачностью, можно создать условия для наблюдения магнитных силовых линий в объеме.

Намагниченная стрелка всегда отклоняется при попадании в электромагнитное поле, при этом направление отклонения зависит от направления тока, идущего по проводнику. Величина отклонения стрелки при этом пропорциональна напряженности магнитного поля. Именно на основе этого свойства намагниченных предметов были созданы первые детекторы магнитных полей. Приборы такого типа, где величина отклонения стрелки измеряется оптической системой, обеспечивают чувствительность до 4–5 \(\gamma\).

Если поместить намагниченный предмет внутрь проволочной спирали, по которой идет ток, намагничивание усилится. Подобное взаимодействие впервые обнаружил Ампер. На основе этого свойства магнитов работают более чувствительные устройства, которые представляют собой два стержня с обмотками, поверх которых надета измерительная катушка. Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке возникает напряжение. Если подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, напряжение не появится. Но если геомагнитное поле изменится при перемещении к другому пункту, изменится и намагниченность стержней, соответственно в катушке появится сигнал.

Компас внутри: вы хотели бы чувствовать магнитные поля?

• Джейсон Голдман
• BBC Future

23 мая 2017

Автор фото, iStock

Как мы знаем, некоторые животные ориентируются по магнитному полю Земли. А может, мы тоже так умеем, просто об этом не задумываемся? Обозреватель BBC Future рассказывает о скрытых возможностях людей и зверей.

В 2006 году Стив Хэуорт, биохакер из Аризоны, совершил надрез на безымянном пальце Куинн Нортон, поместил туда небольшой магнит из редкоземельных металлов и зашил.

«Когда я трогаю телефонный шнур или провожу рукой по определенным частям ноутбука, палец начинает покалывать», — сказала она в интервью радиоканалу NPR (а перед этим написала о своем эксперименте статью для издания Wired).

«Иногда потянусь за чем-нибудь, а палец начинает покалывать — значит, рядом телефонный провод. В таких проводах не очень высокое напряжение, но и изоляции у них почти нет. Поэтому поле вокруг них ощущается особенно сильно», — рассказывает она.

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Даже низковольтный телефонный провод вызывает у Куинн Нортон покалывание в пальце

Нортон не стремилась стать супергероем — ее вовсе не прельщало перемещать предметы на расстоянии, как Магнето из «Людей Икс», или что-нибудь еще в этом роде.

Она просто хотела попробовать научиться чувствовать магнитные поля.

Как ей помог магнит?

В кончике пальца тысячи рецепторов — нервных окончаний, передающих в мозг информацию о том, к чему вы прикасаетесь.

При попадании в магнитное поле имплантированный в палец крохотный магнит может начать чуть-чуть двигаться или вибрировать — и этого будет достаточно, чтобы активировать нервные окончания.

Конечно, мы круглые сутки находимся в водовороте разных магнитных полей — они есть у Земли, Солнца, у каждого холодильника, лампочки, смартфона и телевизионного пульта.

Электричество и магнетизм неразрывно связаны, поэтому магнитное поле возникает везде, где есть электрический ток, — и наоборот.

Но биохакерский проект Хэуорта и Нортон и не предусматривал того, чтобы человек начал видеть все эти поля разом.

Как Нортон пояснила в радиоинтервью, ей чаще всего приходилось прикоснуться к предмету, чтобы почувствовать его магнитное поле.

Животным гораздо проще. Еще в конце 1960-х ученые выяснили, что некоторые птицы определяют направление перелета, ориентируясь по магнитному полю Земли. И они обходятся без хирургических операций — за них всё сделала эволюция.

Например, у малиновки (зарянки) в клетках сетчатки есть такое вещество, как криптохром, которое регулирует чувствительность зрительных нервов в зависимости от магнитного поля.

Благодаря этому часть картинки становится темнее, а часть светлее — птичка буквально видит магнитное поле Земли. И она в этом не одинока.

У голубей есть чувствительные к магнитному полю нейроны, а головастые морские черепахи ориентируются по магнитным полям при миграции.

Лисы предположительно используют магнитную чувствительность при охоте. Собаки, справляя нужду, стараются вставать по оси север — юг.

Коровы же поссорили зоологов, которые не могут договориться о том, выстраиваются ли стада коров (и оленей) вдоль линий магнитного поля.

Автор фото, fotoVoyager

Подпись к фото,

Неужели эти коровы чувствуют что-то, что нам недоступно?

Получается, магниторецепция (умение чувствовать магнитные поля) — вовсе не редкость в царстве животных. Напрашивается вопрос: а как же человек?

Если бы магнит от холодильника прилипал к руке, мы бы это, конечно, заметили.

Но не стоит исключать, что магнитные поля влияют на нас менее заметным образом — может быть, даже помимо нашего сознания.

В 1980 году британский зоолог Робин Бейкер опубликовал отчет о серии экспериментов, которые стали известны как манчестерские.

«При перемещении в другое место многие виды животных могут определить, в каком направлении следует двигаться, чтобы вернуться», — писал он в журнале Science.

Аналогичные эксперименты с людьми показали, что у них есть похожая способность.

Бейкер был уверен, что люди находят «дорогу домой» не за счет построения внутренней карты или чего-либо подобного.

Для него вывод был очевиден: homo sapiens умеет чувствовать магнитное поле Земли.

Студентов Манчестерского университета загружали в минифургоны группами от пяти до одиннадцати человек. После этого им завязывали глаза и везли «по извилистой дороге» от шести до 52 километров.

Когда студента выводили из фургона и разрешали снять повязку с глаз, его просили указать направление в сторону университета, назвав сторону света — например, «север» или «юго-восток».

Бейкер повторил этот эксперимент десять раз с десятью группами студентов, и в среднем они действительно чаще указывали в верном направлении (или близком к нему), чем в противоположном.

Затем Бейкер повторил эксперимент еще раз, по просьбе одной из телепередач.

На этот раз у половины участников к затылку был пристегнут магнит. Другой половине дали кусочек меди, не обладающий магнитными свойствами, но для чистоты эксперимента тоже сказали, что это магнит.

Те, у кого к затылку была приложена медь, чаще указывали в нужную сторону, как и участники первого эксперимента.

Те же, кому достались настоящие магниты, путали направление, что позволило сделать вывод, что на выявленную способность ориентироваться в пространстве легко повлиять.

Автор фото, Josh Clark/Flickr/CC BY Sa

Подпись к фото,

Наличие молекул магнетита в мозге человека и криптохрома в тканях сетчатки — доводы в пользу гипотезы о том, что мы тоже чувствуем магнитные поля

Хотя манчестерские эксперименты и не стали однозначным доказательством того, что у человека есть магнеторецепция, они послужили стимулом для дальнейшей работы в этой области.

Ученые по всему миру провели десятки исследований, стремясь воспроизвести полученные Бейкером результаты. Но это оказалось не так просто.

Например, биологи Джеймс Гулд и Кеннет Эйбл восемь раз пытались получить обнаруженный Бейкером эффект, но не смогли.

«Отсутствие результата в каждом из проведенных экспериментов свидетельствует о том, что рассматриваемое явление носит более сложный и непостоянный характер, чем ожидалось», — написали они в журнале Science.

Даже пригласив самого Бейкера в Нью-Джерси, чтобы он помог организовать эксперименты надлежащим образом, авторам не удалось выявить какие-либо признаки магнеторецепции.

Однако в 1987 году Бейкер провел метаанализ, в котором пришел к выводу, что если объединить данные всех неудачных экспериментов, предпринятых в Великобритании, США и Австралии, просматривается именно та закономерность, о которой он писал.

Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, как толковать результаты «манчестерских экспериментов».

Бесспорно одно: у нас в мозге и костях есть минеральное вещество магнетит, а в клетках сетчатки содержится криптохром — следовательно, не исключено, что наш организм тоже реагирует на магнитные поля. Исследователи продолжают искать подтверждение этой гипотезы.

Иными словами, даже если у нас есть хоть какое-то «магнитное чувство», доказать его наличие непросто.

Похоже, что пока самый верный способ продемонстрировать такую сверхспособность — имплантировать в кончики пальцев по магниту. Но мы настоятельно не рекомендуем это делать.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Магнитный метод (дефектоскопия) неразрушающего контроля

Магнитный контроль (МК) решает задачи, связанные с обнаружением дефектов внутри и на поверхности конструкций из ферромагнетиков (железо, кобальт, никель). Выявление флокенов, неметаллических включений, волосовин и прочих повреждений методами МК осуществимо, только когда они поверхностные или залегающие на глубине, не превышающей 2-3 мм.

В основе метода – регистрация и анализ магнитных полей рассеяния, образующихся вокруг ферромагнитных объектов после их намагничивания. О наличии дефектов свидетельствует перераспределение магнитных потоков, и формирование магнитных полей рассеяния над определенным местом.

Разновидности методов МК

Чтобы выявлять и фиксировать потоки рассеяния, указывающие на присутствие деформаций и повреждений, применяют несколько методов МК, различающихся в соответствии с ГОСТ 24450-80 по способам получения исходных данных:

1. Магнитопорошковый – наиболее распространенный и востребованный метод. Отличающийся простотой применения, высокой сенсетивностью и универсальностью, он используется для обнаружения поверхностных и расположенных на глубине до 2 мм деформаций с помощью магнитного порошка в качестве индикатора
2. Индукционный – основан на применении индукционных преобразователей (катушек), улавливающих локальные потоки возмущения поля, образующиеся над повреждениями намагниченного объекта контроля
3. Магниторезисторный – использует магниторезистивные преобразователи для выявления и регистрации потоков рассеивания над деформациями намагниченного объекта контроля
4. Магнитографический – использование записи магнитного поля исследуемого объекта на соответствующем носителе. Воспроизведение полученной сигналограммы анализируется для выявления дефектов
5. Пондеромоторный – построен на пондеромоторном взаимодействии фиксируемого магнитного поля исследуемого объекта и магнитного поля постоянного магнита, электромагнита или рамки с током
6. Феррозондовый – использование феррозондовых преобразователей для обнаружения и регистрации рассеяния магнитных полей сварочных швов и прочих исследуемых объектов
7. Метод эффекта Холла – применение одноименных преобразователей для фиксации локальных возмущений полей над объектами контроля

Основой всех методов МК является обнаружение локальных возмущений поля, образуемых повреждениями намагниченного ферромагнетика. Магнитный поток перемещается по исследуемому объекту, создавая над обнаруженными дефектами поля рассеяния. Их форма и амплитуда отражают размер, параметры и глубину залегания разрушений

Выявляемые дефекты

Методы МК впервые были использованы в 19 веке. С их помощью оценивали прочность, а также структурное состояние ружейных затворов и оболочек разрывных снарядов. С тех пор успели сформироваться три основные сферы МК:

• Контроль сплошностей в ферромагнетиках
• Оценка прочности и структурного состояния ферромагнитных сталей и сплавов
• Определение фаз в конкретном сплаве

Контроль качества магнитными методами дает возможность выявлять повреждения, обладающие характеристиками:

• Брак с шириной раскрытия на поверхности обследуемого участка от 0,002 мм при глубине от 0,01 мм
• Крупные внутренние дефекты, залегающие на глубине от 2 мм
• Поверхностные повреждения глубиной до 2 мм
• Брак под немагнитным покрытием толщиною до 0,25 мм

Сегодня магнитный контроль востребован практически во всех промышленных отраслях:

• Нефтехимия
• Металлургия
• Машиностроение
• Энергетика (ТЕЦ, АЭС)
• НГК (трубопроводы, промышленные емкости)
• Авиа-, судо- и автомобилестроение

Грамотное применение методов МК позволяет на ранней стадии выявлять и устранять поверхностные и углубленные повреждения ферромагнетиков

Особенности технологии МК

Метод МК не требует специальной предварительной подготовки, поскольку является бесконтактным. Его суть заключается в анализе поля рассеяния, образующегося в местах скопления дефектов при намагничивании исследуемых объектов.

Проведение МК регулируется национальными и международными стандартами, включая, ГОСТ 21105-87, РД-13-05-2006 и EN 1290:1998.

1. Магнитная проницаемость несплошности гораздо ниже, чем у остальной части исследуемого объекта. Ее наличие искривляет магнитные силовые линии. Некоторые из них выходят на поверхность пораженного участка, чтобы обойти повреждение и образуют локальный магнитный поток рассеяния
2. Возникновение полей возмущения фиксируется магнитными преобразователями, среди которых наиболее распространены датчик Холла и его индукционные, феррозондовые, и магниторезистивные вариации
3. Мероприятия контроля завершаются размагничиванием каждой используемой детали в поле солеонида, питаемого переменным током

Бесконтактный магнитный контроль чаще всего применяют в диагностике:

• Магистральных трубопроводов:
• Отдельных труб с любым диаметром
• Прокатных листов
• Арматуры
• Вертикальных стальных резервуаров

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Приборы и оборудование

Для намагничивания контролируемых объектов используют стационарные и портативные магнитные дефектоскопы. Первые позволяют с высокой точностью выявлять поверхностные и более глубокие повреждения любой направленности, вторые – контролировать объекты в полевых условиях.

Недостаток диагностических магнитных дефектоскопов заключается в узкой направленности и требовательности к температурному режиму. Для получения более корректных результатов эксперты рекомендуют использовать многоканальную модель с функцией ультразвукового анализа.

1. Работа прибора начинается его калибровкой с проверкой по эталонам и очищением поверхности контролируемой детали
2. Намагничивание детали в соответствии с типом намагничивания и параметрами чувствительности
3. Нанесение индикаторного вещества
4. Визуальный осмотр детали с возможностью фиксации индикаторного рисунка для дальнейшего анализа с помощью многофункционального дефектоскопа

На основании сравнения полученных рисунков с нормативными образцами делают заключение о возможности целевого применения исследуемого объекта.

Отправьте заявку на исследование магнитным методом контроля

Благодарственные письма наших клиентов

Среди наших клиентов

Магнитное поле в межзвездных облаках отследили по движению газа

Часть связанного с магнитным полем излучения пыли, измеренного спутником Planck

ESA / Planck Collaboration

Астрофизики предложили и опробовали новый, относительно простой метод определения магнитных полей в межзвездных облаках газа. Идея способа заключается в анализе вихревых движений газа, что позволяет обнаружить пересоединения магнитных силовых линий. Авторы применили подход к нескольким молекулярным облакам. Полученные результаты оказались схожи с данными других методов для изученных ранее объектов, пишут ученые в журнале Nature Astronomy.

Магнитные поля играют важную роль во многих астрофизических процессах, таких как движение заряженных частиц, эволюция газовых облаков и динамическая неустойчивость дисков галактик. Они пронизывают как Млечный Путь, так и другие галактики. Однако такие крупномасштабные магнитные поля исключительно трудно наблюдать напрямую из-за их малой величины.

Галактические магнитные поля также могут мешать другим наблюдениям. В частности, связанное с магнетизмом поляризованное излучение пыли в диске Галактики намного интенсивнее фонового реликтового излучения. Стандартным подходом при анализе последнего является исключение значительной части неба из анализа, но пыль вносит шум в наблюдения в любом направлении, поэтому только детальный учет магнитного поля позволит проводить точные измерения поляризации реликтового излучения.

До сих пор вопрос о степени влияния магнетизма на процесс звездообразования остается без ответа. В течение многих лет параллельно развивались два подхода, один из которых отводил магнитным полям главенствующую роль на последних этапах сжатия молекулярных облаков, а второй подчеркивал важность динамических процессов, таких как сверхзвуковая турбулентность.

Существует несколько методов определения магнитных полей в межзвездной среде, но все они обладают недостатками, значительно ограничивающими их применимость. Стандартным методом является изучение поляризованного излучения несимметричных пылинок, но в некоторых случаях возможны более прямые исследования на основе расщепления линий (эффект Зеемана), возникновении линейной поляризации некоторых молекулярных линий (эффект Голдрайха — Килафиса) или вращении плоскости поляризации излучения фоновых источников (эффект Фарадея).

Высокоточные наблюдения последних лет, проведенные как из космоса (космический телескоп «Планк»), так и с поверхности Земли (массив телескопов ALMA, Телескоп Джеймса Максвелла) позволили в ряде случаев построить карты распределения магнитных полей в Млечном Пути на разных масштабах. В большинстве случаев оказалось, что ни вкладом магнетизма, ни турбулентностью пренебрегать нельзя, а полноценная теория должна комбинировать оба взгляда и включать гравитацию — только такой подход позволит разобраться во многих нерешенных проблемах, таких как начальная функция масс или исходные условия для формирования землеподобных планет.

В работе под руководством Юэ Ху (Yue Hu) из Висконсинского университета в Мадисоне предлагается новый способ определения магнитного поля в турбулентных областях, названных авторами методом градиента скорости. Его основным преимуществом является то, что для его реализации достаточно наблюдений в спектральных линиях без учета их поляризации, из которых можно вычислить скорости движения газа.

Метод основан на анизотропии турбулентности в присутствии магнитного поля, а именно в вытягивании вихрей турбулентного движения вдоль локального направления магнитных силовых линий. Быстрые пересоединения линий между такими вихрями приводят к преимущественному движению вещества поперек магнитного поля. Направление поля в таком случае будет перпендикулярно локальному градиенту скорости, который можно измерить по особенностям спектральных линий. Основным предположением для применимости этих рассуждений является главенствующая роль магнитогидродинамической турбулентности, что является обоснованным приближением для существенной части межзвездного пространства.

Для реальной проверки работоспособности метода авторы применили его к анализу пяти замагниченных и турбулентных облаков газа в поясе Гулда. Определенная новым методом морфология магнитного поля оказалась в соответствии с данными спутника Planck. Также согласовывались с предыдущими оценками данные по альвеновским числам Маха — параметру, характеризующему вклад магнитных полей в динамику области.

Также астрономы изучили гигантское облако Смит, которое падает на Млечный Путь и в данных момент находится на расстоянии 13,1 килопарсека от Земли. В направлении на этот объект доминирует поляризованное излучение пылинок в Галактике, что не позволяет использовать данный метод для оценки магнитных полей. Ранее ученые применяли в данном случае фарадеевское вращение, но так можно изучить только периферию облака, а не его плотные внутренние части. Результаты для облака Смит также согласуются с ранними оценками.

Недавно астрономы выяснили, что межгалактические электроны ускорены неизвестным механизмом, причем в этом процессе должно быть замешано магнитное поле на масштабе больше скоплений галактик. Ранее удачное наличие объекта на фоне позволило обнаружить магнитное поле у рекордно далекой галактики, свет от которой шел 4,6 миллиарда лет.

Тимур Кешелава

Как проходит исследование головного мозга?

Головной мозг — самый сложный орган человеческого тела, ведь он связывает между собой все системы организма. Именно поэтому исследование головного мозга проходит с применением самых высокотехнологичных устройств диагностики.

Когда нужно обследовать мозг

С помощью высокоточной диагностики головного мозга врач может поставить диагноз или отследить развитие заболевания. Назначить обследования мозга или сосудов могут невролог, флеболог и травматолог из-за следующих жалоб:

• головные боли неясной природы;
• травмы головы;
• потеря чувствительности в конечностях, снижение зрения, слуха и обоняния;
• нарушение координации, постоянная общая слабость;
• судороги.

При подозрении на инсульт и диагностике опухолей и эпилепсии, исследования просто необходимы — с их помощью можно обнаружить новообразования, закупорки и разрывы сосудов, гематомы, инородные тела и нефункционирующие участки мозга. Так как патологии в разных участках головы могут вызывать совершенно разнообразные симптомы, врачи очень часто назначают исследования головного мозга.

Виды исследований головного мозга

Самые распространённые и информативные виды исследований головного мозга — это компьютерная и магнитно-резонансная томография. Они позволяют получить качественные снимки мозга в нескольких проекциях, что помогает в диагностике любого недуга.

Магнитно-резонансная томография головного мозга

Абсолютно безопасный способ обследования, который практически не имеет противопоказаний. Опасен только пациентам с кардиостимуляторами и металлическими имплантатами в теле — магнитное поле томографа может сместить или нагреть предметы из металла и нарушить работу механизмов.

На полученном изображении можно рассмотреть плотные и мягкие ткани, сосуды и новообразования. Снимок МРТ проводится в нескольких проекциях на необходимой глубине, поэтому доктор может оценить состояние любого участка мозга.

Перед процедурой необходимо снять все металлические предметы и аксессуары. Чтобы не раздеваться перед исследованием, можно просто надеть одежду без молний и металлических пуговиц.

Для проведения МРТ пациент ложится на кушетку. Лаборант может дать наушники, защищающие от очень громких звуков во время процедуры. Затем пациента помещают внутрь томографа. Нужно сохранять неподвижность, так как смена положения тела исказит изображение. Обследование мозга обычно проводится не более получаса. По желанию пациента, если он почувствует себя некомфортно, процедуру можно прекратить или приостановить без вреда для информативности исследования.

Компьютерная томография головного мозга

Работает на основе рентгеновских лучей, поэтому её не рекомендуется проводить детям, беременным и кормящим женщинам. Но для всех остальных пациентов она абсолютно безопасна.

После КТ можно получить 3D-снимок головного мозга. Он такой же качественный, как и МРТ: на нём видны все структуры мозга и сосудов. Поэтому выбор между двумя видами томографии основан только на имеющихся противопоказаниях.

Металлические предметы также будет необходимо снять: они не опасны, как при МРТ, но мешают прохождению излучения. Если этого не сделать, часть изображения потеряется.

Существенный плюс компьютерной томографии — небольшие изменения положения тела не скажутся на результате. В остальном процедура мало отличается от проведения МРТ. Пациента на кушетке помещают в томограф и наблюдают за ним во время процедуры. Исследование длится не больше 15–20 минут и его можно прекратить в любой момент по просьбе пациента.

Томографию могут провести с использованием контрастного вещества, чтобы получить более детальные и чёткие снимки. Для этого сначала проходит обычное исследование, а затем пациенту внутривенно вводят красящее вещество. После этого процедура продолжается в течение нескольких минут.

Другие виды исследований

Кроме томографии, для обследования головного мозга применяются ещё несколько видов диагностики:

• Электроэнцефалография (ЭЭГ) регистрирует колебания электрических импульсов в мозге. На голову пациента прикрепляют электроды, через которые фиксируются и выводятся на бумагу или экран биотоки головного мозга. Это исследование может помочь при задержке психического и речевого развития, эпилепсии и травмах: благодаря нему можно определить неактивные участки головного мозга.
• Краниография — это рентген черепа в двух проекциях. Используется очень слабое излучение, чтобы не навредить пациенту. Такие снимки помогут определить врождённые дефекты строения и травмы костей черепа.
• Нейросонография — это ультразвуковое исследование головного мозга у детей от рождения до моменты закрытия родничка. Она не так информативна, как томография и рентген, но является одним из немногих безопасных способов обследования новорождённых.
• Электронейромиография проверяет прохождение импульсов по нервам. Для этого на кожу в области локализации нервов накладывают электроды, по которым пускают электрический импульс. По интенсивности сокращения мышц доктор определит работоспособность нервов.

Как проходит исследование сосудов?

Для обследования вен и артерий головного мозга применяют ангиографию и ультразвуковое исследование. Оба варианта безопасны, информативны и имеют минимум противопоказаний.

Магнитно-резонансная ангиография

Даёт лучший результат при исследовании мелких сосудов и нервных стволов. В ходе исследования врач получит снимок всех сосудов вашего головного мозга. Это поможет диагностировать микроинсульты и тромбозы, которые не видны на обычном МРТ-снимке головы. Часто её назначают хирурги после операций для контроля состояния.

МРА проходит так же, как и обычная магнитно-резонансная томография, и имеет те же особенности и противопоказания. Перед процедурой нужно снять все металлические предметы, а во время работы томографа нельзя двигать головой. Часто, для правильной диагностики, ангиографию следует совмещать с МРТ головного мозга — это позволит более детально рассмотреть участок патологии.

Компьютерная ангиография

КА сосудов головного мозга по проведению схожа с компьютерной томографией. По итогам процедуры врач получит трёхмерная модель сосудов головы. На полученном изображении можно рассмотреть аномалии строения вен и артерий, атеросклероз, сужение просвета сосудов и новообразования.

Доктор может назначить это обследование как для подготовки к оперативному вмешательству, так и для контроля после лечения. Кроме того, такой вид обследования — выход для пациентов, которые по противопоказаниям не могут провести МРА.

При компьютерной ангиографии можно использовать контрастное вещество, чтобы лучше визуализировать повреждённые участки. Противопоказания для процедуры те же, что и для КТ: беременность и детский возраст.

Ультразвуковая допплерография

Датчик УЗИ ставят на самые тонкие кости черепа. С помощью ультразвука можно найти сужение или тромбоз в сосудах мозга, измерить скорость движения крови, обнаружить аневризмы и участки с изменённым направлением кровотока. Изображение показывается на экране монитора, и, при необходимости, можно распечатать нужный кадр.

С помощью УЗИ можно обследовать как сосуды внутри черепа, так и в шее, если из-за них был нарушен кровоток в мозге. У метода нет противопоказаний, он абсолютно безопасен для пациентов любого возраста. УД не требует дополнительной подготовки или обследований, однако, перед процедурой лучше воздержаться от приёма продуктов и лекарств, влияющих на тонус сосудов.

От чего зависит выбор исследования?

Самые распространённые методы исследований головного мозга: МРТ, КТ и УЗИ. Они достаточно информативны для абсолютного большинства возможных заболеваний. Если вы не знаете своего диагноза и хотите прийти к врачу с уже готовыми анализами, лучшим вариантом будет МРТ или КТ. Они дают достаточно информации по состоянию как самого мозга, так и костных тканей, на них можно различить крупные сосуды.

При травмах головы сначала следует провести краниографию. Она даст достаточную информацию о целостности черепа, и, если инородные тела не попали в мозг, другие виды диагностики будут не нужны. Если травма более серьёзная, с внутренним кровотечением и поражением мозга, то вам обязательно сделают томографию.

Если доктор назначил вам обследование сосудов головного мозга, то следует ориентироваться на собственные противопоказания, а также доступность исследований. И томография, и УЗИ показывают одинаково хороший результат.

Решающим фактором при выборе исследований остаётся решение врача. Серьёзная диагностика проводится только по направлению от доктора. Вполне возможно, что он назначит вам сразу несколько процедур для более полного обследования и точной постановки диагноза.

Лазерный луч используют для измерения магнитного поля Земли

Составить точную карту магнитного поля планеты непросто. Сегодня для этого используются спутники или самолеты c дорогостоящим оборудованием на борту. Значительно более дешевый способ предлагают физики из Беркли (Калифорнийский университет США): с помощью лазера и телескопа измерения локального магнитного поля можно будет проводить на земле.

На высоте около 90 километров Землю окружает слой атмосферы, наполненный атомами натрия. Эти атомы можно заставить светиться с помощью лазера: если подстроить его частоту под частоту линий излучения натрия, атомы натрия переходят в возбужденное состояние и светятся (локальное магнитное поле влияет на яркость этого свечения). На этом основан метод адаптивной оптики — создания «лазерных опорных звезд» в астрономии. Именно эта идея вдохновила Дмитрия Будкера из Беркли (Калифорнийский университет США), который и предложил заменить дорогие и не всегда точные спутниковые измерения магнитного поля Земли на наземные.

Яркость натриевого пятна при освещении лазером может изменяться примерно на десять процентов. Такие колебания невозможно заметить невооруженным глазом. Лабораторные измерения и результаты компьютерного моделирования, которые провел коллега Будкера Джеймс Хигби (James Higbie, Bucknell University), показали, что воздействие лазера (для этого подойдут, легко устанавливаемые на автомобиле, 20-50 ваттные лазеры, настроенные на оранжевую спектральную линию натрия) можно обнаружить с помощью небольшого наземного телескопа. Он обрабатывает спектральный анализ излучения, помогая определить конфигурацию магнитного поля в месте измерения.

Пока коллеги продолжают изучать поглощение и излучение света атомами натрия, Будкер строит 20-ваттного лазер для телескопа VLA (the Very Large Array n Chile), который поможет проверить теорию.

Магнитные карты дают информацию о залегании нефти и минералов, помогают климатологам следить за океаническими и атмосферными течениями, геофизикам исследовать структуру земли, информацию о космической погоде. Теперь такие измерения можно будет проводить с гораздо меньшими затратами

Автор: Ольга Баклицкая
Источник: www.nkj.ru

Ученый Maverick думает, что открыл у людей магнетическое шестое чувство | Наука

Это делают птицы. Это делают пчелы. Но человек, стоящий здесь в толстовке с капюшоном, сможет ли он это сделать? Джо Киршвинк полон решимости выяснить это. На протяжении десятилетий он показывал, как существа в животном мире перемещаются, используя магниторецепцию или ощущение магнитного поля Земли. Теперь геофизик из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене тестирует людей, чтобы увидеть, есть ли у них это подсознательное шестое чувство. Киршвинк почти уверен, что это так. Но он должен это доказать.

Он достает свой iPhone и машет им над Кейсуке Мацуда, аспирантом нейроинженерии Токийского университета. В этот октябрьский день он — подопытный кролик Киршвинка. Приложение магнитометра на телефоне обнаружит магнитную пыль на Мацуда или любые скрытые магниты, которые могут помешать эксперименту. «Я хочу убедиться, что у нас нет читера», — шутит Киршвинк.

Они находятся на двух этажах под землей в Калтехе, в чистой комнате с магнитоэкранированными стенами.В углу пульсирует и шипит насос с жидким гелием, охлаждая сверхпроводящий инструмент, который Киршвинк использовал для измерения крошечных магнитных полей во всем, от птичьих клювов до марсианских метеоритов. На лабораторном столе лежат ножи — сделанные из керамики и пропитанные кислотой для устранения магнитного загрязнения, — которыми он разрезал человеческий мозг в поисках магнитных частиц. Мацуда выглядит немного нервным, но он не собирается ложиться под нож. С помощью шприца техник вводит гель электролита в кожу головы Мацуда через тюбетейку, усыпанную электродами.Он собирается подвергнуться воздействию нестандартных магнитных полей, создаваемых множеством электрических катушек, в то время как электроэнцефалограмма (ЭЭГ) записывает его мозговые волны.

На протяжении большей части 20-го века исследования магниторецепции казались столь же сомнительными, как изучение биолокации или телепатии. Тем не менее сейчас общепризнанным фактом является то, что многие животные ощущают постоянное, едва заметное магнитное поле Земли. В списке преобладают птицы, рыбы и другие мигрирующие животные; им имеет смысл иметь встроенный компас для их путешествий.В последние годы исследователи обнаружили, что разумом обладают менее быстрые существа — омары, черви, улитки, лягушки, тритоны. Млекопитающие тоже, кажется, реагируют на поле Земли: в экспериментах лесные мыши и слепыши используют силовые линии магнитного поля для размещения своих гнезд; крупный рогатый скот и олени ориентируются по ним при выпасе; и собаки направляют себя на север или юг, когда они мочатся или испражняются.

Игра на поле

Магнитное поле Земли, создаваемое ее жидким внешним ядром, похоже на магнитное поле гигантского внеосевого стержневого магнита.Его сила колеблется от 25 микротесла (мкТл) на экваторе до 60 мкТл на полюсах. Это слабо: поле МРТ более чем в 100 000 раз сильнее.

Г. Грюйон / Наука

Растущее количество научных доказательств магниторецепции в основном связано с поведением, основанным, например, на моделях движения или на тестах, показывающих, что нарушение или изменение магнитных полей может изменить привычки животных.Ученые знают, что животные могут чувствовать поля, но они не знают, как это сделать на клеточном и нервном уровне. «Граница — это биология — то, как мозг на самом деле использует эту информацию», — говорит Дэвид Дикман, нейробиолог из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, который в статье Science 2012 года показал, что определенные нейроны во внутреннем ухе голубей так или иначе участвуют, стреляя в ответ на направление, полярность и интенсивность магнитных полей.

Обнаружение магниторецепторов, ответственных за запуск этих нейронов, было похоже на поиск магнитной иглы в стоге сена.Нет очевидного органа чувств, который можно было бы вскрыть; магнитные поля все время незримо проходят по всему телу. «Рецепторы могут быть на левом пальце ноги», — говорит Киршвинк.

Ученые выдвинули две конкурирующие идеи о том, кем они могут быть. Во-первых, магнитные поля запускают квантово-химические реакции в белках, называемых криптохромами. Криптохромы были обнаружены в сетчатке, но никто не определил, как они могут контролировать нервные пути. Другая теория, которую поддерживает Киршвинк, предполагает, что миниатюрные иглы компаса располагаются внутри рецепторных клеток либо рядом с тройничным нервом за носом животных, либо во внутреннем ухе.Иглы, которые, как предполагается, состоят из сильномагнитного минерала железа, называемого магнетитом, каким-то образом открывают или закрывают нервные пути.

Те же кандидаты в магниторецепторы обнаружены у людей. Так есть ли у нас и магнетическое чутье? «Возможно, мы потеряли его вместе с нашей цивилизацией», — говорит Михаэль Винкльхофер, биофизик из Ольденбургского университета в Германии. Или, как думает Киршвинк, возможно, мы сохраняем его след, как крылья страуса.

Киршвинк специализируется на измерении остаточных магнитных полей в горных породах, которые могут указывать на широту образования горных пород, миллионы или миллиарды лет назад, и отслеживать их тектонические колебания.Эта техника привела его к сильным и влиятельным идеям. В 1992 году он собрал доказательства того, что ледники почти покрывали земной шар более 650 миллионов лет назад, и предположил, что их последующее отступление от «Земли-снежка» (термин, который он придумал) вызвало эволюционный розыгрыш, который перерос в кембрийский взрыв 540 миллионов лет назад. . В 1997 году он разработал провокационное объяснение аномально быстрого дрейфа континентальных плит примерно в то же время, что и кембрийский взрыв: ось вращения Земли перевернулась на целых 90 °, предположил Киршвинк. Климатический ущерб от этого геологически внезапного события также стимулировал биологические инновации, наблюдаемые в кембрии. И он был известным среди группы ученых, которые в 1990-х и 2000-х годах утверждали, что магнитные кристаллы в известном марсианском метеорите Allan Hills 84001 были окаменелыми признаками жизни на Красной планете. Несмотря на то, что значение Allan Hills 84001 остается спорным, идея о том, что жизнь оставляет после себя магнетоокаменелости, является активной областью исследований на Земле.

«Он не боится выйти из строя», — говорит Кеннет Ломанн, нейробиолог, изучающий магниторецепцию омаров и морских черепах в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл.«В одних вещах он был прав, а в других — не прав».

Это часть нашей эволюционной истории. Магниторецепция может быть первичным смыслом.

Джо Киршвинк, геофизик Калифорнийского технологического института в Пасадене,

В подтверждение своей гипотезы Киршвинк собрал камни со всего мира: из Южной Африки, Китая, Марокко и Австралии. Но поиск магнитов у животных — и людей — в его лаборатории без окон в подвале оставался неизменной навязчивой идеей.Просто спросите его первенца, который приехал сюда в 1984 году, когда Киршвинк и его жена Ацуко Кобаяши, японский структурный биолог, опубликовали открытие магнетита в тканях носовых пазух желтоперого тунца. По предложению Киршвинка они назвали его Джисеки: магнитный камень или магнетит.

Киршвинк, 62 года, никогда не мог сделать выбор между геологией и биологией. Он вспоминает день 1972 года, когда, будучи студентом Калифорнийского технологического института, он осознал, что эти два аспекта взаимосвязаны. Профессор держал пластину языка хитона, разновидности моллюска, и тащил ее с помощью стержневого магнита.Его зубы были покрыты магнетитом. «Это поразило меня», — вспоминает Киршвинк, который до сих пор держит пластину для языка на своем столе. «Магнетит — это обычно то, что геологи ожидают от магматических пород. Обнаружить его у животного — биохимическая аномалия ».

На протяжении многих лет ученые думали, что хитоны — это способ синтеза магнетита просто потому, что твердый минерал делает зуб хорошими и прочными. Но в 1975 году Ричард Блейкмор из Океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе предположил, что у некоторых бактерий магнетит является магнитным датчиком.Изучая бактерии из болотных болот Кейп-Код, Блейкмор обнаружил, что, когда он перемещал небольшой магнит вокруг своих предметных стекол, бактерии устремлялись к магниту. Присмотревшись, он обнаружил, что микробы скрывают цепочки кристаллов магнетита, которые заставляют клетки выравниваться с линиями собственного магнитного поля Земли, которое в Массачусетсе опускается в землю под углом 70 ° к Северному полюсу. Многие бактерии случайным образом ищут правильный баланс кислорода и питательных веществ, используя движение, называемое «кувыркайся и беги».Но как иглы компаса для плавания, бактерии Блейкмора различали верхнюю грязь от грязи. Они могли перемещаться по этому градиенту более эффективно и плавать вниз по нему всякий раз, когда грязь была нарушена. Эти бактериальные магниторецепторы до сих пор единственные, что ученые окончательно обнаружили и изучили. Для Киршвинка их присутствие указывает на то, что магниторецепция является древней, возможно, до появления первых эукариотических клеток на Земле, которые, как считается, эволюционировали почти 2 миллиарда лет назад после того, как клетка-хозяин захватила свободноживущие бактерии, которые стали митохондриями, производящими энергию.«Я предполагаю, что первоначальные митохондрии были магнитными бактериями», — говорит Киршвинк, что может означать, что все эукариоты обладают потенциальным магнитным чутьем.

Читая о работе Блейкмора, Киршвинк задавался вопросом, каким образом магнитные бактерии плавают в Южном полушарии: на север, как микробы Массачусетса, или на юг, к своему полюсу, или в каком-то другом направлении? Он прилетел в Австралию, чтобы искать в руслах ручьев антиподных аналогов Блейкмора. Больше всего их было в пруду для очистки сточных вод недалеко от Канберры.«Я просто взял с собой магнит и ручную линзу», — говорит он. «Они повсюду». Конечно же, они поплыли к Южному полюсу. Они развили цепочки магнетита, ориентированные на юг.

К тому времени Киршвинк была постдоком в Принстонском университете, работая с биологом Джеймсом Гулдом. Он также закончил пищевую цепочку животных. В 1978 году он и Гулд обнаружили магнетит в брюшке медоносных пчел. Затем, в 1979 году, в головах голубей. Без ведома Киршвинка через Атлантический океан молодой, харизматичный университет Манчестера, U.К., биолог по имени Робин Бейкер, нацелился на магнитные способности более крупных и сложных животных: британских студентов. В серии экспериментов он собрал студентов с завязанными глазами из «домашней» точки в микроавтобус шерпов, провел их по извилистой дороге в сельскую местность и спросил у них, куда по компасу они направляются домой. В «Науке» за 1980 год Бейкер сообщил нечто сверхъестественное: студенты почти всегда могли указать в квадранте дома. Когда они носили стержневой магнит в резинке своих повязок на глазах, это умение указывать было нарушено, в то время как контрольные люди, носившие латунный стержень, все еще имели то, что казалось магнетическим чутьем.

В более поздних вариантах Бейкер утверждал, что обнаружил у человека чувство компаса в экспериментах по «прогулке», в которых испытуемые указывали домой после того, как их вели по извилистому маршруту; и эксперименты со стулом, в которых их просили указать стороны света после вращения. Бейкер провел некоторые из своих экспериментов для прямой трансляции, а некоторые из своих результатов он объявил перед рецензированием в книгах и научно-популярных журналах — чутье на драматизм, которое неправильно истолковало других ученых.

В электронном письме Бейкер говорит, что среди его U.С. аналоги. Киршвинк и Гулд были среди скептиков. В 1981 году они пригласили Бейкера в Принстон, чтобы дать шанс провести эксперименты — одна остановка во время тура по воспроизводимости результатов по нескольким кампусам США на северо-востоке. В Принстоне и других местах попытки репликации не увенчались успехом. После того, как Бейкер в 1983 году в статье Nature заявил, что кости пазух человека обладают магнитными свойствами, Киршвинк показал, что результаты были вызваны загрязнением. В 1985 году Киршвинку не удалось воспроизвести версию эксперимента со стулом.

Хотя манчестерские эксперименты омрачили магниторецепцию человека, Киршвинк незаметно взял на себя мантию Бейкера, проводя эксперименты на людях на стороне в течение 30 лет. Он никогда не переставал запускать студентов через перчатку магнитных катушек и экспериментальных протоколов. «Раздражало то, что [наши] эксперименты не были отрицательными», — говорит он. «Но изо дня в день мы не могли их воспроизвести».

Теперь, благодаря гранту в размере 900 000 долларов от Human Frontier Science Program, Киршвинк; Синсуке Симодзё, психофизик Калифорнийского технологического института и эксперт по ЭЭГ; и Аюму Матани, нейроинженер из Токийского университета, делают все возможное, чтобы проверить утверждения Бейкера.

Бейкер находит ироничным то, что его бывший антагонист теперь возглавляет атаку магниторецепции человека. «У Джо, вероятно, для этого больше возможностей, чем у большинства», — пишет он. Что касается того, считает ли он, что его результаты все еще указывают на что-то реальное, Бейкер говорит, что «у меня нет и тени сомнения: люди могут обнаруживать и использовать магнитное поле Земли».

Центр притяжения

Исследователи проверяют людей на подсознательное магнитное чутье, помещая их в темный металлический ящик и применяя магнитные поля.

К. Бикель / Наука

По соседству с магнитной лабораторией Киршвинка находится комната, где он тестирует своих людей. В нем находится коробка из тонкого алюминиевого сайдинга, известная как клетка Фарадея, достаточно большая, чтобы вместить испытуемого. Его роль состоит в том, чтобы отсеивать электромагнитный шум — от компьютеров, лифтов и даже радиопередач, — которые могут помешать эксперименту.«Клетка Фарадея — ключ к успеху», — говорит Киршвинк. «Только в последние несколько лет, после того, как мы установили проклятый щит Фарадея, мы стали говорить:« Подожди минутку »».

Киршвинк добавил его после того, как эксперимент, проведенный одним из коллег Винкльхофера из Ольденбурга, Хенриком Моуритсеном, показал, что электромагнитный шум мешает европейским малиновкам ориентироваться в магнитном поле. По словам Киршвинка, паразитные поля, вероятно, повлияют на любой человеческий компас, а шум наиболее разрушителен в полосе частот, перекрывающейся с радиопередачами AM.Это могло объяснить, почему эксперименты Бейкера увенчались успехом в Манчестере, где в то время не было сильных AM-радиостанций. Однако северо-восток США сделал это, что может объяснить, почему тамошние ученые не смогли воспроизвести результаты.

В нынешней установке клетка Фарадея выстлана квадратами катушек из проволоки, называемых катушками Мерритта. Электричество, передаваемое через катушки, индуцирует однородное магнитное поле, проходящее через центр коробки. Поскольку катушки расположены в трех перпендикулярных направлениях, экспериментаторы могут контролировать ориентацию поля. Магнитометр для проверки напряженности поля болтается над деревянным стулом, в котором все железосодержащие части заменены немагнитными латунными винтами и алюминиевыми скобами.

Идея Киршвинка, Шимоджо и Матани состоит в том, чтобы применить вращающееся магнитное поле, близкое по силе к земному, и проверить записи ЭЭГ на предмет реакции мозга. Его обнаружение не выявит самих магниторецепторов, но докажет, что такое чувство существует, без необходимости интерпретировать часто неоднозначное поведение человека.«Это действительно фантастическая идея, — говорит Винкльхофер. «Мне интересно, почему никто не пробовал это раньше».

Эксперименты начались в конце 2014 года. Киршвинк был человеком №1. Номер 19 — Мацуда, взятый взаймы из лаборатории Матани, которая повторяет эксперимент в Токио с аналогичной установкой. Мацуда подписывает форму согласия, и техник ведет в ящик, который несет провода ЭЭГ, как шлейф свадебной фаты. «Готовы ли мы начать?» — спрашивает техник, вставив электроды.Мацуда мрачно кивает. «Хорошо, я закрою коробку». Он опускает алюминиевую заслонку, выключает свет и закрывает дверь. В коробку записан гнусавый хриплый голос Киршвинка. «Не засыпай, — говорит он.

Мацуда будет сидеть в ящике в течение часа в полной темноте, пока автоматическая программа выполняет восемь различных тестов. В половине из них магнитное поле примерно такой же силы, как у Земли, медленно вращается вокруг головы объекта. В других катушки Мерритта настроены так, чтобы нейтрализовать индуцированное поле, так что действует только естественный магнетизм Земли.Эти тесты рандомизированы, поэтому ни экспериментатор, ни испытуемый не знают, что есть что.

Каждые несколько лет Королевский институт навигации (RIN) в Соединенном Королевстве проводит конференцию, на которую съезжаются практически все исследователи в области навигации животных. На конференциях прошлых лет основное внимание уделялось навигации по солнцу, луне или звездам — ​​или по звуку и запаху. Но на встрече этого года в апреле в Royal Holloway, Лондонский университет, магниторецепция доминировала в повестке дня. Были представлены доказательства магниторецепции у тараканов и ядовитых лягушек.Питер Хор, физик-химик из Оксфордского университета в Соединенном Королевстве, представил работу, показывающую, как квантовое поведение криптохромной системы может сделать ее более точной, чем предполагали лабораторные эксперименты. Джан Се, биофизик из Пекинского университета, настаивал на своем спорном заявлении о том, что в сетчатке дрозофилы он обнаружил комплекс структур магнитного железа, окруженный криптохромными белками, который является долгожданным магниторецептором.

Затем, во время последнего выступления первого дня, Киршвинк поднялся на подиум, чтобы сообщить свои потенциально революционные новости.Это была небольшая выборка — всего две дюжины людей, — но его подвальный прибор давал стабильный, повторяемый эффект. Когда магнитное поле вращалось против часовой стрелки — эквивалент объекта, смотрящего вправо, — наблюдалось резкое падение α-волн. Подавление α-волн в мире ЭЭГ связано с обработкой данных в мозге: набор нейронов срабатывает в ответ на магнитное поле, единственную изменяющуюся переменную. Нейронный ответ был задержан на несколько сотен миллисекунд, и Киршвинк говорит, что задержка предполагает активный ответ мозга.Магнитное поле может индуцировать в мозгу электрические токи, которые могут имитировать сигнал ЭЭГ, но они проявляются немедленно.

Киршвинк также обнаружил сигнал, когда прикладываемое поле уходило в пол, как если бы объект смотрел вверх. Он не понимает, почему сигнал α-волны возник с изменениями вверх-вниз и против часовой стрелки, но не наоборот, хотя он принимает это как знак полярности магнитного компаса человека. «Моя беседа прошла * действительно * хорошо», — радостно написал он впоследствии в электронном письме.»Успешно справился. У людей есть функционирующие магниторецепторы ».

Остальные участники беседы ответили сдержанно: удивительно, если это правда. «Это такие вещи, которые трудно оценить из 12-минутного выступления», — говорит Ломанн. «Дьявол всегда кроется в деталях». Хор говорит: «Джо очень умный человек и очень осторожный экспериментатор. Он бы не стал говорить об этом в RIN, если бы не был полностью уверен в своей правоте. И нельзя сказать это обо всех ученых в этой области ».

Два месяца спустя, в июне, Киршвинк находится в Японии, обрабатывает данные и выявляет экспериментальные различия с группой Матани.«Алиса в стране чудес, в кроличью нору, вот каково это», — говорит он. Матани использует аналогичную экранированную установку, за исключением того, что его клетка и катушки меньше — достаточно большие, чтобы охватить головы субъектов, которые должны лежать на спине. Тем не менее, эта команда тоже начинает видеть повторяющиеся эффекты ЭЭГ. «Это абсолютно воспроизводимо даже в Токио», — говорит Киршвинк. «Двери открываются».

Поиски Киршвинка, которые длились всю жизнь, похоже, находятся на пороге решения, но также ощущаются как начало.Коллега из Новой Зеландии говорит, что он готов повторить эксперимент в Южном полушарии, и Киршвинку нужны деньги на передвижную клетку Фарадея, которую он мог бы доставить к магнитному экватору. Есть документы, которые нужно писать, и новые предметы, которые нужно набирать. Подобно тому, как результаты Бейкера годами рикошетили в исследовательском сообществе, Киршвинк знает, что путь к принятию его идеи долог и труден.

Но ему доставляет удовольствие мысль показать раз и навсегда, что есть что-то, что связывает iPhone в его кармане — электромагнитные законы, управляющие устройствами и определяющие современность, — с чем-то глубоко внутри него и с древом жизни.«Это часть нашей эволюционной истории. Магниторецепция может быть основным смыслом ».

Мозг некоторых людей может ощущать магнитное поле Земли — но нет, это не означает, что у нас есть «сверхспособности» магнитовосприятия | Умные новости

Существует довольно длинный каталог животных, которые, кажется, обладают магниторецепцией или способностью обнаруживать магнитные поля Земли, включая голубей, собак, форель, пчел, черепах и саламандр. Но исследователи так и не смогли определить, есть ли у людей эта скрытая сверхдержава, несмотря на десятилетия попыток.Провокационное новое исследование, опубликованное в журнале eNeuro , предполагает, что наш мозг действительно может обнаруживать магнитные поля — по крайней мере, у некоторых людей, хотя невозможно сказать, влияет ли это каким-либо образом на поведение человека. (Несмотря на некоторые заявления о том, что у человека есть недавно открытая магнитная «сверхдержава», мы внезапно не двоюродные братья злодея Marvel Магнето.)

В настоящее время ученые все еще пытаются выяснить, как работает магниторецепция у животных.Эрик Хэнд из Science сообщает, что большая часть того, что мы знаем о магнитном восприятии, получена в результате поведенческих исследований животных, которые меняют то, как они ориентируются или ориентируются, если ими манипулируют. (Собаки ориентируются вдоль оси север-юг магнитного поля Земли, когда они какают.) Узнать, как это ощущение магнитного поля работает на биологическом уровне, было более сложной задачей.

В настоящее время существует две основные гипотезы. Один из них связан с криптохромами, специализированными белками сетчатки, которые каким-то образом передают магнитную информацию в мозг.Другая гипотеза состоит в том, что микроскопические частицы минерального магнетита находятся в определенных рецепторных клетках в ухе или за носом и работают как биологические компасы.

Георгий Дворский на Gizmodo сообщает, что ведущий исследователь нового исследования Джозеф Киршвинк, геофизик из Калифорнийского технологического института, который десятилетиями занимается изучением магнитных полей и магниторецепции, решил обойти вопросы о том, как может работать смысл, и сосредоточиться на том, есть ли признаки магниторецепции в мозге вообще.

«Наш подход заключался в том, чтобы сосредоточиться только на активности мозговых волн», — говорит Киршвинк Дворскому. «Если мозг не реагирует на магнитное поле, то никаким образом, магнитное поле не может повлиять на чье-то поведение. Мозг должен сначала что-то воспринять, чтобы воздействовать на это — такого понятия, как «экстрасенсорное восприятие», не существует ».

Для изучения мозговых волн команда построила тщательно продуманную камеру, предназначенную для блокирования всей внешней магнитной активности, электрических импульсов и звука.Электрические катушки внутри камеры создавали магнитное поле, которым могли манипулировать исследователи. В рамках эксперимента команда изучила 34 человека, которые носили специальное устройство, отслеживающее их мозговые волны. Каждый испытуемый сидел в полной темноте в течение часа, пока исследователи вращали вокруг себя искусственное магнитное поле в поисках признаков того, что мозг обнаруживает движения.

Экспериментаторы зафиксировали провалы амплитуды альфа-волн мозга у трети участников.Падения были наиболее заметными с 25-процентным изменением амплитуды, когда магнитное поле перед объектом было направлено на север и качалось с северо-востока на северо-запад против часовой стрелки. Люди не реагировали на магнитные поля, направленные на юг. Через несколько недель четыре участника прошли повторное тестирование с теми же результатами.

Дворский сообщает, что, как правило, альфа-волны мозга обычно производятся нейронами, когда они не обрабатывают сенсорную информацию.Мозговые волны имеют тенденцию уменьшаться при введении какого-либо стимула. Таким образом, падение альфа-волн является признаком того, что мозг может обрабатывать какую-то информацию из магнитных полей.

Эксперт по магниторецепции

Питер Хор из Оксфордского университета, изучающий навигацию у птиц, сказал Марии Темминг в интервью Science News , что результаты кажутся правдоподобными. Но они нуждаются в воспроизведении, включая аналогичный эксперимент в Южном полушарии, прежде чем он будет полностью убежден.

«Интересно думать, что у нас есть ощущение, о котором мы не осознаем», — говорит Хор, не участвовавший в исследовании, — «[Но] необычные утверждения нуждаются в экстраординарных доказательствах, и в данном случае это включает возможность воспроизвести его в другой лаборатории ».

Но не все думают, что альфа-волны указывают на какой-то необнаруженный смысл. «Если бы я… сунул голову в микроволновую печь и включил ее, я бы увидел эффекты на своих мозговых волнах», — говорит Торстен Ритц, биофизик из Калифорнийского университета в Ирвине, не участвовавший в исследовании, Келли Сервик Наука .«Это не значит, что у нас есть чувство микроволновки».

Маргарет Ахмад, биолог из Университета Сорбонны во Франции, рассказывает Сервику, что магнитные поля, как известно, влияют на клетки человека и млекопитающих в чашке.

«Я не удивлен, что есть эффект», — говорит Ахмад, не участвовавший в исследовании. «В клетке есть что-то, что меняется в присутствии магнитного поля. Мы видим этот эффект на эмбриональных клетках почек человека; вы не собираетесь меня убеждать, что воздействие на клетки мозга имеет большее или меньшее значение.”

Киршвинк, например, считает, что данные являются первым признаком магниторецепции. «Аристотель описал пять основных органов чувств, включая зрение, слух, вкус, обоняние и осязание», — говорится в пресс-релизе. «Однако он не учел силу тяжести, температуру, боль, равновесие и некоторые другие внутренние раздражители, которые, как мы теперь знаем, являются частью нервной системы человека. Наши животные предки утверждают, что здесь должны быть датчики геомагнитного поля, представляющие не шестое чувство, а, возможно, 10-е или 11-е человеческое чувство, которое предстоит открыть.”

В статье на The Conversation , он и его соавторы говорят, что есть много вопросов, которые поднимает исследование, в том числе, обладают ли люди со слабой или сильной реакцией на магнитные поля различными навигационными способностями, можно ли научить людей чувствовать магнитные поля и можно ли научить людей с сильной реакцией на это поле чувствовать его.

Но это ставит телегу впереди лошади: критики говорят, что эти результаты необходимо проанализировать и воспроизвести, прежде чем мы даже приблизимся, скажем, пытаясь научить пилотов чувствовать истинный север — и это может даже не стоить усилий.Наша растущая зависимость от технологии GPS предполагает, что даже если мы сможем обнаруживать магнитные поля, немногие из нас откажутся от своих сотовых телефонов ради магнетической интуиции, если это не поможет нам быстрее найти ближайший Starbucks.

Представление магнитных полей: на практике

Магнитное поле

Электричество и магнетизм

Представление магнитных полей: на практике

Повествование о физике для 11-14

С железными опилками или чертёжным компасом

Простой способ нанести на карту грубую форму магнитного поля — использовать железные опилки.Например, структуру магнитного поля стержневого магнита можно обнаружить, накрыв его листом бумаги и рассыпав по бумаге железные опилки.

Когда опилки разбросаны вокруг магнита, они становятся временными магнитами (за счет магнитной индукции) и выстраиваются встык. Опилки имеют тенденцию слипаться вокруг полюсов магнита, указывая на то, что именно здесь магнитное поле наиболее сильное. Линии железных опилок дают представление о структуре магнитного поля, но важно помнить, что то, что вы видите перед собой с железными опилками, не является картиной магнитного поля.Как утверждалось ранее, структура магнитного поля — это теоретическая конструкция, своего рода график, который можно нарисовать для построения схемы расположения магнитных полей.

Альтернативный способ нанести на карту магнитное поле — использовать один или несколько компасов для черчения. Сам компас для черчения состоит из очень маленькой подвешенной магнитной стрелки. Если компас для черчения поместить в магнитное поле стержневого магнита, стрелка выровняется так, что ее северный полюс будет притягиваться к южному полюсу магнита.Поместив компас для рисования в соседние места в поле, можно нанести на карту некоторые магнитные силовые линии.

Использование компаса для черчения позволяет определять направление поля, при этом стрелка компаса указывает вдоль линий поля с севера на юг. Однако метод построения компаса дает меньшее впечатление о силе магнитного поля, чем метод железных опилок, когда опилки явно скапливаются вокруг полюсов.

Открытие магнитного поля Земли / Магнитное поле Земли / Земля и морские науки о Земле / Наша наука / На главную

Тенденция магнита выстраиваться в направлении север-юг, давая магнитный компас, была открыта китайцами около 2000 лет назад.Несколько сотен лет спустя они обнаружили, что магнитный север, на который указывает компас, не обязательно совпадал с истинным севером. Горизонтальный угол между ними известен как склонение, и китайцы также обнаружили, что этот угол меняется со временем.

Магнитный компас прибыл в Европу в двенадцатом веке и оказался ценным помощником в океанской навигации. К шестнадцатому веку склонение измерялось в разных местах, так что направление компаса можно было корректировать для более точной навигации.Также в этом столетии Георг Хартманн и Роберт Норман независимо друг от друга открыли магнитное наклонение, угол между магнитным полем и горизонталью. Затем в 1600 году Уильям Гилберт опубликовал книгу «Де Магнете», в которой он пришел к выводу, что Земля ведет себя как гигантский магнит.

Как создается магнитное поле?

С тех пор прошло почти четыреста лет, чтобы создать убедительную теорию того, как создается это магнитное поле. Постепенно стало очевидно, что очевидная теория о том, что Земля состоит из магнитных горных пород, неверна, поскольку горные породы теряют свой магнетизм при температурах, обнаруживаемых на любой значительной глубине Земли.Фурье-анализ показывает, что магнитные вариации на поверхности Земли состоят в основном из коротковолновых вариаций (<200 км), вызванных поверхностными породами, и длинноволновых вариаций (> 5000 км), обусловленных основным полем Земли.

Лармор предположил в 1919 году, что самовозбуждающее динамо может объяснить магнитное поле Земли, а также Солнца и других звезд, но именно Эльзассер и Буллард в 1940-х годах показали, как движение в жидком ядре Земля может создавать самоподдерживающееся магнитное поле.К этому времени сейсмология и другие исследования дали более четкое представление о Земле, поскольку она имеет твердое внутреннее ядро, жидкое внешнее ядро, причем оба они состоят из металла (в основном железа), чем горных пород, и скалистой мантии, все ниже тонкая корка, это все, что мы можем непосредственно увидеть. Энергия радиоактивности распространяется наружу в виде тепла, вызывая тепловую конвекцию в активной зоне. Кажется, что эта конвекция является причиной магнитного поля Земли, хотя наши знания о ядре и его динамике отрывочны.Наши знания ограничиваются утверждением, что режимы потока, подобные тем, которые могут возникать в ядре, могут создавать самоподдерживающиеся динамо с характеристиками, аналогичными тем, которые необходимы для создания магнитного поля Земли.

Динамо Земли нестабильно, как показывают перемагничивания, когда полярность всего магнитного поля меняется. Они были постоянной чертой истории Земли, последние около 500 000 лет назад. Фактически, некоторые изменения магнитного поля, наблюдаемые на поверхности Земли с временным интервалом в год или два (магнитные рывки), могут быть вызваны изменениями в динамо-машине, хотя это все еще обсуждается.

Можем ли мы предсказать магнитные значения?

Важность этого состоит в том, что мы не можем точно предсказать магнитные значения. Мы можем описать текущее поле, исходя из обсерваторий и спутниковых измерений, и как оно изменилось по сравнению с предыдущим полем, которое рассчитывается на международном уровне на 5-летней основе, но, возможно, через 5 или 10 лет могут произойти изменения, которые мы не можем предвидеть. Таким образом, наши прогнозы несколько ненадежны.

Что такое магнитные поля и как они формируют Вселенную?

Вы не можете его увидеть, но он всегда рядом и повсюду вокруг вас.Магнитное поле Земли защищает вас от вредного космического излучения и предотвращает разрушение нашей атмосферы солнечными ветрами.

Для большинства из нас это почти никогда не привлекает внимания. В наблюдательной астрономии магнитные полюса Земли гораздо менее важны, чем географические полюса, на которые мы полагаемся, чтобы выровнять наши экваториально установленные телескопы.

Подробнее от Люси Грин:

Однако подумайте: магнитное поле Земли, вероятно, сделало возможной жизнь на этой планете, в то время как более далекие космические магнитные поля являются причиной того, что пульсары действуют как радиомаяки, а огромные облака электропроводящего газа принимают странные и необычные формы.

Что касается магнитных полей, то мы больше всего знакомы с земными, и их происхождение лежит в электрических токах, протекающих в расплавленном железе, составляющем внешнее ядро ​​нашей планеты.

Что такое магнитные поля?

Магнитные поля создаются вокруг движущихся заряженных частиц

Магнетизм — это сила, которая тесно связана с электричеством. Всякий раз, когда протекает электрический ток, в окружающем пространстве возникает соответствующее магнитное поле, или, в более общем смысле, движение любой заряженной частицы будет создавать магнитное поле.

Попробуйте включить и выключить чайник и посмотрите, сможет ли приложение компаса вашего смартфона обнаружить магнитное поле, возникающее при прохождении тока по кабелю.

Эти поля имеют направление, поэтому у Земли есть северный и южный полюсы.

Когда два магнитных поля приближаются друг к другу, они будут пытаться выровняться, потенциально заставляя физические объекты заставлять их двигаться — стрелка компаса имеет магнитное поле, поэтому всегда будет пытаться выровняться с полем Земли и указывать на север.

Точно так же движение заряженной частицы будет изменяться при прохождении через намагниченную область из-за взаимодействия электрического и магнитного полей.

Изменение направления зависит от заряда и массы частицы, силы и направления магнитного поля и скорости движения частицы.

Планетарный магнетизм

Давайте сделаем шаг назад и посмотрим на Землю с поверхности Луны. Отсюда мы можем видеть землю, океаны и атмосферу.

Однако мы не видим того, как магнитное поле Земли охватывает все это и распространяется в космос.

Большую часть времени Луна находится внутри магнитного поля Земли. Он появляется только на несколько дней во время новолуния.

Когда это происходит, Луна движется в солнечный ветер — внешнюю атмосферу Солнца, которая расширяется в космос со скоростью миллиона миль в час.

Этот ветер не может проникнуть в магнитное поле Земли и вместо этого врезается прямо в него.Хотя это взаимодействие невидимо для человеческого глаза, оно производит нечто впечатляющее: полярное сияние.

Когда солнечный ветер сталкивается с магнитным полем Земли, он добавляет к нему энергию, которая ускоряет заряженные частицы в нашу атмосферу. Когда частицы взаимодействуют с атмосферным газом, они передают свою энергию и заставляют газ светиться.

Солнечный ветер не может достичь нашей атмосферы, потому что он также содержит магнитное поле.

Мы узнали, что любое магнитное поле, пронизывающее электрически заряженный газ (плазму), связано с этим газом; они не могут быть легко разделены или разъединены, как известен процесс.

Итак, когда порывистый поток намагниченной плазмы достигает магнитного поля Земли, он обтекает его, заставляя его двигаться и колебаться, как ветроуказатель на ветру.

Это свойство не позволяет солнечному ветру достигать нашей атмосферы и уносить ее, как это произошло на Марсе. Он также обеспечивает нам защиту от электрически заряженных космических лучей.

Это свойство сохранения жизни планетных магнитных полей означает, что их важно учитывать при изучении экзопланет.Пока что мы не можем напрямую наблюдать магнитное поле экзопланеты.

Но если метод их обнаружения будет разработан в будущем, присутствие магнитного поля вокруг экзопланеты, вероятно, повлияет на то, какие из них станут объектами дальнейших исследований.

Диаграмма, показывающая магнитное поле Сатурна. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА / Лаборатория реактивного движения NAIF

.

Магнитное поле Солнца было открыто в 1908 году американским астрономом Джорджем Эллери Хейлом.

Невозможно искать и изучать космические магнитные поля без возможности обнаружения их на расстоянии с помощью электромагнитного излучения.

В 1896 году голландский физик Питер Зееман проводил эксперименты, когда обнаружил, что сильное магнитное поле может влиять на свет, излучаемый «светящимся паром».

Спектральные линии, испускаемые паром, были уширены или, в крайнем случае, расщеплены на несколько составляющих.

В статье, опубликованной в 1897 году, Зееман предположил, что его открытие может быть использовано для обнаружения космических магнитных полей.

Действительно, именно этот метод был использован Хейлом для обнаружения магнитного поля солнечных пятен.

Эффект Зеемана также поляризует свет определенными способами, которые можно использовать для понимания силы и направления удаленного магнитного поля, что позволяет астрономам исследовать удаленный магнетизм путем изучения электромагнитного излучения.

Фактически, Солнце позволяет нам близко исследовать космический магнетизм. Наблюдения за Солнцем обеспечивают фантастический уровень детализации, который действительно показывает нам, насколько динамическими могут быть звездные магнитные поля.

Солнце имеет общее магнитное поле, которое соединяет северный и южный магнитные полюса, которые близки к гелиографическим северным и южным полюсам, как и на Земле.

Жгуты магнитного потока, магнитные поля, образующие дугу между пятнами, могут быть обнаружены по светящемуся заряженному газу, отслеживающему их пути. Предоставлено: НАСА / Центр космических полетов Годдарда / SDO

.

Малый магнетизм

Но при более внимательном рассмотрении солнечной атмосферы обнаруживаются дуги магнитного поля, соединяющие пары солнечных пятен и скрученные структуры магнитного поля, известные как магнитные веревки.

Эти веревки обнаруживаются, потому что светящийся электрически заряженный газ прослеживает их, подобно тому, как железные опилки, разбрызгиваемые вокруг стержневого магнита, выравниваются по силовым линиям.

Если вы посмотрите на Солнце с течением времени, вы увидите, что эти магнитные структуры всегда меняются и часто прорываются в Солнечную систему.

Динамическая активность Солнца с пространственным разрешением, подпитываемая магнетизмом, дает нам представление о том, чем занимаются и другие звезды. И не только звезды главной последовательности обладают важными магнитными полями.

Пульсары — это подмножество нейтронных звезд. Сформированные из коллапсирующих ядер звезд большой массы, подвергшихся взрыву сверхновой, они вращаются чрезвычайно быстро.

Во время вращения они испускают импульсы радиоволн, как если бы они были космическими маяками. Некоторые из них мигают много раз в секунду.

Когда Джоселин Белл-Бернелл открыла пульсары в 1967 году, они рассматривались как любопытные объекты и в шутку назывались LGM для маленьких зеленых человечков.

Но радиовспышки можно понять, если совместить очень быстро вращающуюся звезду с сильным магнитным полем.

Когда умирающая звезда коллапсирует, ее магнитное поле также втягивается в материал самой звезды, увеличивая напряженность поля в триллион раз по сравнению с земной.

Наличие поля заставляет заряженные частицы вращаться вокруг силовых линий магнитного поля, и когда это происходит, могут создаваться радиоволны. Радиосигнал будет сконцентрирован на северном и южном магнитных полюсах нейтронной звезды.

Последний ингредиент в создании пульсара — это смещение между осью вращения звезды и осью, соединяющей магнитные полюса.

Это означает, что когда нейтронная звезда вращается, радиолуч будет перемещаться по космосу, и наши радиотелескопы могут его обнаружить.

Фактически, нейтронные звезды являются рекордсменами по магнетизму: другая подгруппа этих звезд обладает самыми сильными магнитными полями во Вселенной, в тысячу раз сильнее, чем у пульсаров.

Эти объекты неудивительно известны как магнетары.

Лучи пульсара пересекают пространство, потому что ось его магнитных полюсов не совпадает с осью его вращения.Кредит: dani3315 / iStock / Getty Images

Галактический магнетизм

Магнитное поле Земли и магнитное поле Солнца благодаря солнечному ветру — не единственные поля, в которые мы погружаемся.

Наша Галактика, Млечный Путь, тоже имеет магнитное поле, хотя его сила в десятки тысяч раз меньше, чем у Земли.

Что общего у галактического поля с Землей, так это то, что в основе его существования лежит вращение.

Магнитные поля в астрофизических объектах создаются динамо, механизмом, в котором вращение электропроводящей жидкости (такой как расплавленное железо в ядре планеты) преобразуется в магнитную энергию.

Таким образом, скорость вращения астрономического объекта является важным аспектом магнитных полей и динамо.

В этом контексте мы можем понять, почему у Земли относительно сильное поле, тогда как Марс, который когда-то считался более похожим на Землю, чем сегодня, нет.

Внутри Земли вращающаяся расплавленная оболочка означает, что ее динамо-машина все еще действует. У Марса, с другой стороны, была динамо-машина, но она перестала действовать, когда внутренность этой меньшей планеты остыла и затвердела, оставив только остатки ее магнитного поля, запертые в скалах.

Когда дело доходит до шкалы времени, звезды и планеты могут занять от часов до недель, чтобы совершить один оборот.

Но эти тела существуют так долго, что за время их жизни прошло достаточно времени, чтобы поддерживать и даже развивать свои магнитные поля.

Например, Солнце вращается каждые 27 дней и существует около 4,5 миллиардов лет. Если предположить, что скорость вращения была постоянной в течение всего этого времени, Солнце могло совершить более 60 миллиардов оборотов.

Однако, когда дело доходит до галактик, дело обстоит иначе. Возьмем Млечный Путь: наша Галактика вращается один раз в несколько сотен миллионов лет, а это значит, что ей хватило времени сделать всего несколько сотен оборотов.

Итак, хотя динамо-машина важна для нашей Галактики, есть и другие дополнительные процессы, которые оказывают влияние и которые все еще необходимо понять.

В 2017 году группа ученых из Института радиоастрономии Макса Планка опубликовала работу, показывающую, что наблюдения галактик можно использовать для исследования магнитных полей, когда Вселенная была намного моложе.

Их исследование галактики, находящейся на расстоянии почти пяти миллиардов световых лет, позволяет нам заглянуть в раннюю Вселенную, чтобы изучить историю и эволюцию магнитных полей, давая понимание вопроса, на который астрономы давно хотели ответить: как долго существуют магнитные поля. существовал для?

Магнитные поля великолепны и распространены по всему космосу.От планет и звезд до галактик и не только.

Наряду с гравитацией, магнетизм отвечает за формирование и управление тем, что мы наблюдаем. Итак, в следующий раз, когда вы посмотрите вверх — независимо от того, на что вы смотрите — вспомните о невидимой силе, которая помогает формировать нашу Вселенную.

Это изображение со спутника Planck Европейского космического агентства показывает структуру магнитного поля нашей Галактики. Предоставлено: Авторские права: ESA / Planck Collaboration. Благодарность: М.-А. Miville-Deschênes, CNRS — Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-XI, Orsay, France

История магнитной астрономии

1600 — Уильям Гилберт, первый человек, исследовавший магнетизм с помощью научных методов, публикует свою работу в томе под названием De Magnete .

1865 — Профессор физики Джеймс Клерк Максвелл публикует статью, в которой он объединяет области электричества и магнетизма в единую теорию.

1901 — Кристиан Биркеланд из Норвегии начинает строить «Терреллы» (маленькие Земли), чтобы проверить свою теорию о том, что полярное сияние формируется электронами, ударяющими по магнитным полюсам Земли.

1908 — Американский астроном Джордж Эллери Хейл обнаружил магнетизм на Солнце, предоставив первое свидетельство существования магнитных полей за пределами Земли.

1942 — Шведский физик Ханнес Альфвен теоретизирует, что когда магнитное поле пронизывает электропроводящий газ, они становятся неразделимы.

2012 — После 35 лет путешествий в космосе космический корабль «Вояджер-1» наконец покидает Солнечную систему, покидая обширный пузырь солнечного магнетизма.

Люси — профессор физики и научный сотрудник Университета Королевского общества в лаборатории космических исследований Малларда.Эта статья впервые появилась в мартовском выпуске номера BBC Sky at Night Magazine за март 2018 года.

Компас | Магнетизм | Сиявула

15,4 Компас (ESAEN)

Компас — это инструмент, который используется для определения направления магнитного поля. Компас состоит из небольшой металлической иглы, которая сама намагничивается и может вращаться в любом направлении. Следовательно, в присутствии магнитного поля игла может выровняться в том же направлении, что и поле.

Магнитный камень, намагниченная форма оксида железа, ориентируется в направлении север-юг, если его оставить для вращения посредством подвешивания на струне или поплавка в воде. Поэтому магнитный камень использовался в качестве раннего навигационного компаса.

Компасы в основном используются в навигации для определения направления на земле. Это работает, потому что сама Земля имеет магнитное поле, подобное магнитному полю (см. Рисунок ниже). Стрелка компаса совпадает с направлением магнитного поля Земли и указывает север-юг.Как только вы узнаете, где находится север, вы сможете определить любое другое направление. Справа показана фотография компаса.

Некоторые животные могут обнаруживать магнитные поля, что помогает им ориентироваться и ориентироваться. Животные, которые могут это делать, включают голубей, пчел, бабочек-монархов, морских черепах и некоторых рыб.

Компас

Фотография Alex на Flickr

Магнитное поле Земли (ESAEO)

На рисунке ниже вы можете увидеть изображение магнитного поля Земли, которое очень похоже на магнитное поле гигантского стержневого магнита, такого как тот, который находится справа от изображения.Земля имеет два магнитных полюса , северный и южный полюсы, как у стержневого магнита.

Помимо магнитных полюсов у Земли есть еще два географических полюса . Два географических полюса — это точки на поверхности Земли, где линия оси вращения Земли встречается с поверхностью. Чтобы визуализировать это, вы можете взять любой круглый фрукт (лимон, апельсин и т. Д.) И воткнуть карандаш в середину так, чтобы он выходил с другой стороны. Поверните карандаш, карандаш — это ось вращения, а географические полюса — это место, где карандаш входит и выходит из плода.Мы называем географический северный полюс , истинный север .

Магнитное поле Земли было измерено очень точно, и ученые обнаружили, что магнитные полюса не точно соответствуют географическим полюсам.

Итак, Земля имеет два северных полюса и два южных полюса: географических полюсов и магнитных полюсов .

Направление магнитного поля Земли меняет направление примерно раз в \ (\ text {200 000} \) лет! Вы можете представить это как стержневой магнит, северный и южный полюсы которого периодически меняются сторонами.Причина этого до сих пор до конца не выяснена.

Считается, что магнитное поле Земли вызвано течением жидких металлов во внешнем ядре планеты, что вызывает электрические токи и магнитное поле. Из рисунка видно, что направления магнитного севера и истинного севера не идентичны. Географический северный полюс находится примерно на \ (\ text {11,5} \) \ (\ text {°} \) направлении от направления на северный магнитный полюс (куда будет указывать компас).Однако магнитные полюса все время немного смещаются.

Еще одна интересная вещь, которую следует отметить, заключается в том, что если мы думаем о Земле как о большом стержневом магните и знаем, что силовые линии магнитного поля всегда указывают на с севера на юг , то компас говорит нам, что то, что мы называем магнитным северным полюсом — это на самом деле южный полюс стержневого магнита!

Явления, связанные с магнитным полем Земли (ESAEP)

Важность магнитного поля для жизни на Земле

Магнитное поле Земли очень важно для людей и других животных на Земле, потому что оно защищает нас от бомбардировки (удара) заряженными частицами высокой энергии, испускаемыми Солнцем.Поток заряженных частиц (в основном положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов), исходящий от Солнца, называется солнечным ветром. Когда эти частицы приближаются к Земле, они отклоняются магнитным полем Земли и не могут изливаться на поверхность, где они могут нанести вред живым организмам. Космонавты в космосе подвержены риску облучения солнечным ветром, потому что они находятся за пределами зон, в которых находятся заряженные частицы.

Визуализация магнитосферы

Область над атмосферой Земли, в которой заряженные частицы подвержены влиянию магнитного поля Земли, называется магнитосферой.Относительно часто, помимо обычного солнечного ветра, Солнце может выбросить из внешней атмосферы большой пузырь материала (протонов и электронов) с собственным магнитным полем. Иногда эти пузыри движутся к Земле, где их магнитные поля могут соединяться с магнитным полем Земли. Когда это происходит, в магнитосферу Земли выделяется огромное количество энергии, вызывая геомагнитную бурю. Эти штормы вызывают быстрые изменения в магнитосфере Земли, которые, в свою очередь, могут повлиять на электрические и магнитные системы на Земле, такие как электрические сети, сети сотовой связи и другие электронные системы.

Полярное сияние (произносится как Ор-рев-и)

Другой эффект, вызванный магнитным полем Земли, — это захватывающие северное и южное сияние, которые также называют северным сиянием и австралийским северным сиянием соответственно.

Когда заряженные частицы солнечного ветра достигают магнитосферы Земли, они вращаются по спирали вдоль силовых линий магнитного поля к северному и южному полюсам. Если они сталкиваются с частицами в атмосфере Земли, они могут вызвать красный или зеленый свет, который простирается через большую часть неба и называется полярным сиянием.

Aurora borealis сфотографировано на Аляске

Aurora australis, сфотографировано из космоса

Поскольку это происходит только вблизи Северного и Южного полюсов, мы не можем видеть полярные сияния из Южной Африки. Однако люди, живущие в высоких северных широтах, например, в Канаде, Швеции и Финляндии, часто видят северное сияние.

Можем ли мы ощущать невидимые магнитные поля?

Хотя манчестерские эксперименты не доказали окончательно, что люди могут ощущать магнитные поля, они, безусловно, были провокационными и инициировали десятки попыток репликации по всему миру.Но первоначальные результаты, возможно, были слишком хороши, чтобы быть правдой.

Биологи Джеймс Л. Гоулд и Кеннет П. Эйбл, например, обнаружили, что им не удалось в восьми разных попытках воспроизвести эффект. «Мы считаем, что наши постоянные неудачи указывают на то, что это явление не так просто и не так убедительно, как мы были склонны надеяться», — писали они в Science. Это даже после того, как они пригласили Бейкера в Нью-Джерси, чтобы помочь в проведении экспериментов. Но в метанализе 1987 года Бейкер утверждал, что когда все попытки репликации, проведенные в Великобритании, США и Австралии, были объединены в более крупный набор данных, его первоначальные результаты действительно подтвердились.

Даже сейчас Манчестерские эксперименты остаются спорными, но открытия минерала под названием магнетит в нашем мозгу и костях и криптохрома в наших глазах продолжают подталкивать исследователей к поиску доказательств того, что мы каким-то образом способны ощущать магнитные поля. . По крайней мере, можно с уверенностью сказать, что если у нас есть такая способность, пусть даже незначительная, ее нелегко доказать. На данный момент лучший способ продемонстрировать свои способности — это просто имплантировать магниты хирургическим путем в кончики пальцев…. чего, вероятно, лучше всего избегать.

Присоединяйтесь к 500000+ будущих поклонников, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter , Google+ , LinkedIn и I nstagram

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную новостную рассылку bbc.