Моделирование электромагнитного и гравитационного влияния небесных тел Солнечной системы на смещение географического полюса и магнитное поле Земли Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 521.937+537.67+550.2+550.385.1

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И ГРАВИТАЦИОННОГО ВЛИЯНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ НА СМЕЩЕНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПОЛЮСА И МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Трунев Александр Петрович к. ф.-м. н., Ph.D.

Директор, A&E Trounev IT Consulting, Торонто, Канада

На основе специальной и общей теории относительности исследовано возмущенное движение географического полюса и изменение магнитного поля Земли, связанное с электромагнитным и гравитационным воздействием небесных тел.

Ключевые слова: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ, ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ПОЛЮС, МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

UDC 521.937+537.67+550.2+550.385.1

MODEL OF ELECTROMAGNETIC AND GRAVITATION IMPACT OF CELESTIAL BODIES ON GEOGRAPHICAL POLES DISPLACEMENT AND EARTH MAGNETIC FIELD

Alexander Trunev Ph.D.

Director, A&E Trounev IT Consulting, Toronto, Canada

Movement of geographical and magnetic poles versus celestial bodies’ positions is examined on the basis of the special and general relativity theory.

Keywords: COMPUTATIONAL EXPERIMENT, GEOGRAPHICAL POLES, EARTH MAGNETIC FIELD

Введение

В работе /1/ была обнаружена взаимосвязь смещений географического полюса Земли с изменением гравитационного потенциала Солнечной системы и с параметрами дипольного излучения Урана и Нептуна. Установлена высокая степень корреляции колебаний магнитного поля Земли вблизи магнитных полюсов с дипольным излучением Урана, что позволило создать достоверную модель изменения магнитного поля Земли на трех станциях - Vostok (IAGA Code: VOS lat:-78.45 long: 106.867), Alert (IAGA Code: ALE; lat: 82.5; long: 297.65), Resolute Bay (IAGA Code: RES; lat: 74.69; long: 265.105), расположенных вблизи магнитных полюсов. Так же была установлена высокая степень корреляции колебаний магнитного поля Земли в средних широтах с дипольным излучением Урана и Нептуна, что позволило создать достоверную модель изменения магнитного поля на станции Eskdalemuir (IAGA Code: ESK lat: 55.317 long: 356.8) на протяжении 97 лет.

В настоящей работе изучена взаимосвязь параметров, характеризующих смещение географического полюса и изменение индукции магнитного поля Земли с астрономическими параметрами небесных тел Солнечной системы. Обсуждаются информационные и физические модели влияния небесных тел на электромагнитные и механические процессы, протекающие на нашей планете. На основе специальной и общей теории относительности развита модель импульсного воздействия удаленных тел на магнитное поле и прецессионное движение полюса Земли.

Корреляционные связи геофизических и астрономических параметров

При создании моделей в настоящей работе были использованы данные по координатам географического полюса - X, Y /2/, а также данные по индукции магнитного поля Земли /3/.

Отметим, что в базе данных /3/ используется специфический формат записи параметров индукции магнитного поля - WDC, который включает несколько разнородных величин - D (склонение), F (амплитуда), H (горизонтальная составляющая индукции), I (наклонение), Bx (горизонтальная меридиональная составляющая вектора индукции), By (горизонтальная восточная составляющая вектора индукции), Bz (вертикальная составляющая вектора индукции). При этом в зависимости от методики исследования на каждой из 240 станций в разные годы велась запись от 3 до 7 параметров, что делает эту базу крайне неудобной для исследования. Поэтому для обработки базы данных /3/ была создана программа, позволяющая объединять все файлы базы данных /3/ в общую БД формата DBF4, а затем делать выборку для каждого из 7 параметров магнитного поля и для каждой станции наблюдения.

В качестве астрономических параметров были использованы долгота (LON), широта (LAT) и расстояние - R, от Земли до девяти небесных тел -Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Венеры, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Астрономические параметры вычислялись на каждый день в фиксированной точке с географическими координатами Гринвича в 12:00 GMT в топоцентрической системе координат. Отметим, что выбор этой точки не является существенным для решаемого класса задач.

На рис. 1-2 и в таблицах 1-2 представлены результаты вычисления корреляции (Pearson Product Moment Correlation) смещений географического полюса с 27 астрономическими параметрами в зависимости от длины рядов N (числа дней). Эти данные свидетельствуют, что квазипериоди-ческий процесс смещения географического полюса имеет сильную корреляционную связь с параметрами Солнца, Сатурна, Урана и Нептуна и умеренно сильную связь с параметрами Меркурия, Венеры, Марса и Юпитера, что ранее было обнаружено в работе /4/. Вклад Луны в этом масштабе (точка на сутки) является незначительным. Укажем, что современные модели суточных колебаний географического полюса подробно обсуждаются в работе /5/ и других.

Отметим ассимметрию в поведении коэффициентов корреляции, вычисленных для координат смещения географического полюса X, Y: коэффициенты корреляции X (смещений вдоль меридиана Гринвич) снижаются с ростом длины ряда (числа дней) значительно быстрее, нежели коэффициенты корреляции Y (смещений вдоль меридиана 900 W). Это, видимо, объясняется тем, что смещения X, Y географического полюса связаны между собой дифференциальными уравнениями первого порядка. Поэтому, когда

одна координата (Y) находится в фазе с движением небесных тел, другая координата (X) находится в противофазе. Следовательно, коэффициент корреляции координаты Х с параметрами небесных тел затухает быстрее с ростом длины ряда. Доказательство будет дано ниже, при построении модели явления.

На рис. 3 и в таблице 3 представлены коэффициенты корреляции вертикальной компоненты индукции магнитного поля Земли (BzRES) с астрономическими параметрами. Данные /3/ по магнитному полю полученны вблизи Северного магнитного полюса на станции Resolute Bay (IAGA Code: RES; lat: 74.69; long: 265.105), поэтому они хорошо отражают смещение Северного магнитного полюса.

Рис. 1 Коэффициенты корреляции смещения географического полюса вдоль меридиана Гринвич с астрономическими параметрами

2 2 а о

G,5

-G,5 -

5GGG

1GGGG

15GGG

SLX£N Д SLM3ST -H-MIMAr -^NERLEMXN ---MCLEODS

\тяж -x-Mraa4 M^IST ---imERAT

saolrmxn

-a—SATLRM3ST -^m^LAT

—і—дапжш

---I'EHLMUS

-slxat

MTNXN

MGCST

NERUMAT

VMEXN

VNjnsr

MSSLAT

■LmEKCN

■t HlhHJS

S^URMAT

ЦЖЯШ

UEA^'USUST'

^'EHUNELAT

Рис. 2 Коэффициенты корреляции смещения географического полюса вдоль меридиана 9СР^

SUNLON Д SUDST -ж-NC^LAT ЫШЖШ

---MEKLRYmS

VENUSLAT MARSLON MRUST JUHEaAT SATU^’LON £AllUR^D5T' L^NULAT —I—NEHUN^LON ----NHTUEDS

SUNAT

MjCNLON

modst

MERCURYLAT ММЯШ Д ММЯЖ -ж—MRLAT JUmEHXN -—HHtHS £AllURMAГ' U^^U^ U^^U^ ---M^ИLMEIAT

G

G

N

N

Таблица 1. Коэффициенты корреляции смещений географического полюса

вдоль меридиана Г ринвич с астрономическими параметрами

N 5GG 1GGG 2GGG 3599 BGGG 16G32

SUNLON ^,582 -G,32 -G,117 -G,13 -G,G961 ^769

SUNLAT G,774 G,384 G,G988 G,132 G,127 G,G93

SUNDIST G,884 G,575 G,252 G,3G2 G,247 G,212

MOONLON ^^899 G,GG282 -0,00701 G,GG137 0,000321 ^^174

MOONLAT G,G432 G,G135 G,GG881 G,GG597 G,GG417 G,GG494

MOONDIST -0,00805 0,000532 ^^227 -G,GG541 ^^68 -0,00103

MERCURYLON -G, 551 -G,213 -G,G584 -G,G551 -G,G432 -G,G176

MERCURYLAT -G,152 -G,135 -G,G826 -G,G991 -G,G873 -G,G754

MERCURYDIS -G,2G5 -G,G532 -G,G285 -G,G2G6 -0,00062 G,GG141

VENUSLON -G,36 -G,248 ^,Ю5 ^,Ю7 -G,G357 -G,G456

VENUSLAT ^217 -G,217 -G,15 -G,173 -G,177 -G,152

VENUSDIST G,396 -G,228 G,GG892 -G,G666 -G,G16

MARSLON -G,423 -G,331 ^,Ю8 G,G462 -G,G321 ^^171

MARSLAT G,281 -G,168 ^571 -G,2G7 -G,155 -G, 131

MARSDIST -G,272 G,221 G,G92 G,GG974 G,G419 G,G227

JUPITERLON -G, 161 -G,G73 ^^535 -G,GG969 G,G25 G,G234

JUPITERLAT -G,297 -G,12 G,G353 -G,G3G3 0,000367 G,GG718

JUPITERDIS -G,273 -G,376 -G,376 -G,G313 -G,135 G,GG919

SATURNLON ^,Ю6 -G,G263 ^45 -G,GG851 G,G157 -G,G1G5

SATURNLAT -G,G128 -G,257 -G,172 -G,112 G,1G4 G,G329

SATURNDIST -G,89 -G,894 -G,633 -G,488 -G,G66 -G,G632

URANUSLON -G,626 G,G73 G,G259 G,12 G,13

URANUSLAT -G,821 -G,881 -G,625 -G,412 -G,186 -G, 15

URANUSDIST G,786 G,864 G,598 G,669 G,412 G,143

NEPTUNELON -G,949 -G,574 -G, 131 -G,G895 G,G883 G,118

NEPTUNELAT G,218 -G,224 -G,29 -G,2G1 -G,165 -G, 13

NEPTUNEDIS -G,194 G,232 G,28 G,246 G,G872 -G,G875

Рис.

. 3. Коэффициенты корреляции компоненты Б1КЕв индукции магнитного поля земли с астрономическими параметрами

“♦“SUMCN

Д SLNDST -ж—MO^AT

----MRURYDS

V^LLAT Ш&Ш -•—MAKDST lUmEH'T SAOmCN SATUrnST

MEFГUЖШ ----^EИU^ШS

SLMAT

-X-MTNKN

-«-MOTET

---MRLMAT

VENUSON Д VE^JnST MRIAT іиШЖШ

---іиШЖБ

SAUNAT

—NmumAT

G

BGGG

15GGG

N

Таблица 2. Коэффициенты корреляции смещений географического полюса

вдоль меридиана 90° W с астрономическими параметрами

N 5GG 1GGG 2GGG 3599 BGGG 16G32

SUNLON -G,433 -G,557 -G,411 -G,482 -G,396 -G,325

SUNLAT G,511 G,711 G,5G4 G,545 G,425 G,395

SUNDIST G,366 G,651 G,515 G,587 G,471 G,384

MOONLON ^^335 ^^16 G,GG381 G,GG457 G,GG312 -0,00034

MOONLAT G,G345 G,G291 G,G279 G,G297 G,G236 G,G196

MOONDIST G,GG762 G,GG875 G,GG911 G,GG347 -G,GG277 -0,00205

MERCURYLON -G,477 -G,56 -G,42 -G,47 -G,396 -G,3G7

MERCURYLAT -G,G487 -G,G783 -G,G8G4 -G,G627 -G,G49

MERCURYDIS -G,195 -G,212 -G, 131 -G,158 -G, 131 -G, 11

VENUSLON -G,386 -G,464 -G,411 -G,473 -G,358 -G,282

VENUSLAT G,353 G,G358 -G,G822 -G,G228 G,G29 -G,GG226

VENUSDIST -G,8G7 -G,471 -G,G425 -G,G284 G,G176 -G,G283

MARSLON -G,633 -G,415 -G,351 -G,176 -G,183 -G,135

MARSLAT G,336 -G,113 G,G196 -G,111 -G,G875 -G,G572

MARSDIST -G,3G3 -G,G285 G,G142 -G,G379 -G,G442 -G,GG678

JUPITERLON G,286 G,255 G,165 G,133 G,G838 G,G63

JUPITERLAT G,947 G,569 G,G644 G,1G7 G,127 G,G575

JUPITERDIS G,946 G,897 G,659 -G,G274 G,G478 G,G4G3

SATURNLON G,753 G,469 G,G654 -G,GG846 G,G299 -G,GG187

SATURNLAT G,G346 -G,113 ^^92 G,14 G,254 G,G571

SATURNDIST G,336 -G,188 G,214 G,G9G7 G,G872

URANUSLON -G,521 -G,339 -G,218 -G,G312 G,2G5 G,348

URANUSLAT G,532 G,G998 ^,Ю7 -G,G399 -G,226 -G,353

URANUSDIST -G,538 ^,Ю1 G,1G2 -G,G9G1 -G,156 G,G724

NEPTUNELON G,233 -G,G697 -G,164 G,G186 G,223 G,353

NEPTUNELAT G,94 G,771 G,473 G,328 -G,138 -G,319

NEPTUNEDIS -G,95 -G,8G4 -G,48 -G,598 -G,496 -G,399

Таблица 3. Коэффициенты корреляции компоненты Б2КБ8 индукции маг-

нитного поля с астрономическими параметрами

N 500 1000 2000 3599 8000 16032

эики-ОЫ 0,273 0,199 0,0862 0,0821 0,0715 0,0514

ЭиЫЬАТ -0,371 -0,247 -0,109 -0,127 -0,0932 -0,0672

эит^Т -0,361 -0,193 -0,0993 -0,105 -0,0955 -0,0703

мооыцоы 0,177 0,11 -0,00164 -0,00166 -0,00463 0,00564

МОО1\11_АТ 0,0351 -0,00863 -0,0141 -0,0368 -0,00308 -0,00965

МООИОІБТ 0,208 0,144 0,0707 0,012 0,0132 0,0103

МЕРОиРУЮЫ 0,258 0,184 0,17 0,053 0,0883 0,0598

МЕРОиРУ1_АТ 0,0381 0,0101 0,00789 0,0117 0,0148 0,0104

МЕРОиРУОІБ 0,0804 0,105 0,00423 0,00336 0,0162 0,0153

УЕЫиЗЮЫ 0,128 0,153 0,0829 0,0062 0,0557 0,0388

УЕШЭЬАТ 0,158 0,0196 -0,0308 0,0296 0,0154 0,00504

УЕШЭО^Т -0,0624 0,0392 -0,00413 -0,0541 -0,00792 -0,0041

МАРЭЮЫ 0,232 0,189 0,0618 0,113 -0,0483 -0,00527

МАРЭ1_АТ -0,426 -0,112 -0,226 -0,244 0,0115 0,0307

МАРБОІБТ 0,448 -0,026 0,0676 -0,0319 -0,0168 -0,00558

ииР1ТЕР1_ОЫ -0,155 -0,0501 0,447 0,827 0,263 0,0721

ииРІТЕРІ_АТ -0,239 0,351 0,83 0,646 0,0591 -0,0696

ииРІТЕРОІБ -0,263 -0,17 0,0443 0,109 0,00425 -0,0345

ЗАТиРЫЮЫ -0,00502 0,444 -0,623 -0,719 -0,364 0,0225

ЭАТиРЫЬАТ -0,341 -0,587 -0,807 -0,389 0,665 0,552

ЭАТиРЫО^Т 0,107 -0,118 -0,161 -0,369 -0,194 0,00839

иРАЫиЗЮЫ 0,575 0,676 0,858 0,943 0,819 -0,59

иРАЫивЬАТ 0,0427 -0,0551 -0,121 -0,732 -0,663 0,66

иРАШЭО^Т 0,00263 0,129 -0,00164 0,0693 0,217 -0,44

ЫЕРТиЫЕЬОЫ 0,333 0,517 0,809 0,929 0,81 -0,613

ЫЕРТиЫЕ1_АТ -0,434 -0,421 -0,429 -0,759 -0,691 0,726

ЫЕРТиЫЕО^ 0,418 0,357 0,13 0,129 0,0715 0,16

Данные, приведенные на рис. 3 и в таблице 3 указывают на сильную корреляционную связь изменения магнитного поля Земли с параметрами Юпитера Сатурна, Урана и Нептуна и умеренно сильную связь с параметрами Солнца, Луны, Меркурия, Венеры и Марса. Было установлено /1/, что имеется сильная корреляционная связь данных по ежедневному изменению магнитного поля Земли, полученными на разных станциях, с определенными комбинациями астрономических параметров Урана и Нептуна, которые соответствуют дипольному излучению этих планет. Используя эту связь, можно построить мультилинейную модель регрессии, описывающую ежедневное изменение магнитного поля Земли с высокой точностью на протяжении 50-100 лет /1/.

Модель возмущения магнитного поля Земли небесными телами

Возникает вопрос о природе корреляционных связей смещений географического полюса и изменений магнитного поля Земли с астрономическими параметрами небесных тел Солнечной системы. В работе /1/ обсуждается индукционная модель, основанная на свойстве магнитных тел образовывать совместное магнитное поле. Модель /1/ позволяет объяснить возмущение магнитного поля Земли влиянием небесных тел, обладающих магнитным моментом. Эту модель можно расширить, включив в нее магнитные поля, которые возникают при движении небесных тел, обладаю-

щих, подобно нашей планете, электрическим зарядом. Векторный потенциал движущихся зарядов можно представить в виде /6/

A -Е0-Vu Я

Здесь обозначено М0, , Qi - магнитная постоянная, скорость и за-

ряд небесного тела соответственно, с - скорость света. Индукция магнитного поля определяется согласно уравнению

P 1 Q- I. ^

(1)

B = Ух а = -И У0 [а, й,

Поскольку наблюдение за магнитным полем ведется на поверхности Земли. т.е. в топоцентрической системе координат, скорость удобно будет выразить через мгновенную угловую скорость вращения небесного тела относительно точки наблюдения. Удерживая только слагаемое, пропорциональное угловой скорости вращения Земли вокруг оси, находим

= Ир у 0 ( Я2

4* 1=1 Я,

B :Vx A :f°- Г|т(^^к. - (k e R i )R І ) (2)

Здесь ke - вектор угловой скорости вращения Земли вокруг оси.

Предполагая, что вариации магнитного поля обусловлены только влиянием движущихся зарядов небесных тел, можно оценить величину заряда каждого тела. Для этого построим модель регрессии, используя 27 комбинаций параметров (2), которые для каждого небесного тела с точностью до постоянного множителя можно представить в виде

sin LAT cos Se -1" R R cos LAT. sin LONsin Se

P 2 : K. -------------------L-----

- R R (3)

„cos LAT. cos LON.

Pi 3 : K-------- ---------L

-3 - R

K : sin Se cos LAT sin LONt + cos Se sin LAT

Здесь Se : 23,4392910 - угол наклона земной оси относительно нормали к орбитальной плоскости. Отметим, что данные для расстояний

до небесных тел вычисляются в формулах (3) в астрономических единицах.

Модель линейной регрессии для параметров индукции магнитного поля имеет вид:

В, (п, 5) - С, (5) + X С„(Sр (и), 1 < п < N (4)

У,к

Здесь Б - станция наблюдения. В таблице 4 приведены географические координаты магнитных обсерваторий, данные которых были использованы в настоящем исследовании. Для каждой станции из таблицы 4 вычислялись коэффициенты линейной регрессии, согласно (4), по которым восстанавливались значения зарядов небесных тел.

Таблица 4. Коды и географические координаты магнитных обсерваторий

Station Dumont d'Urville Hermanus Gnangara Fuquene Guam Alibag Honolulu Kakioka

IAGA Code DRV HER GNA FUQ GUA ABG HON KAK

Lat -бб,бб7 -34,425 -31,8 5,47 13,59 18,638 21,32 36,232

Long 140,009 19,227 118 286,265 144,89 72,874 204 140,188

Station Chambon- la-Foret Fursten- feldbruck Dourbes Hartland Niemegk Patrony Meanook Lerwick

IAGA Code CLF FUR DOU HAD NGK IRT MEA LER

Lat 48,017 48,17 50,1 51 52,072 52,167 54,615 60,133

Long 2,2б9 11,3 4,8 355,519 12,675 104,47 246,655 358,817

Station Baker Lake Resolute Bay Qaanaaq (Thule) Sodankyla Alma Ata Addis Ababa Antanana rivo San Juan

IAGA Code BLC RES THL SOD AAA AAE TAN SJG

Lat б4,333 74,69 77,483 67,367 43,25 9,03 -18,917 18,117

Long 2б3,9б9 265,105 290,833 26,633 76,917 38,765 47,552 293,85

Station MBour Faraday Islands Apia Bangui Tucson Byrd Station 2 Meanook Cape Wellen (Uelen)

IAGA Code MBO AIA API BNG TUC BYR MEA CWE

Lat 14,384 -65,245 -13,807 4,333 32,17 66,163 54,615 66,163

Long 343,033 295,742 188,225 18,867 249,27 240,483 246,653 190,165

Station Nurmijarvi Valentia Wingst College Kanozan Niemegk Memamb etsu Leirvogur

IAGA Code NUR VAL WNG CMO KNZ NGK MMB LRV

Lat б0,508 51,933 53,743 64,87 35,256 52,072 43,91 64,183

Long 24,б55 349,75 9,073 212,14 139,956 12,675 144,189 338,5

Оценка зарядов получается неоднозначной - см. таблицу 5, поэтому для каждого небесного тела можно выделить гипотетическую величину, используя среднее значение по всем станциям. В свою очередь, из средних значений можно выбрать наиболее значимое, в результате были получены следующие порядки величин (Кулон): Солнце - 1016 ; Луна - 1010 ; Меркурий - 1013; Венера - 1013; Марс - 1013; Юпитер - 1014; Сатурн - 1015; Уран -1017; Нептун - 1018.

Эти данные показывают, что небесные тела должны обладать гигантскими зарядами, чтобы обеспечить наблюдаемую вариацию индукции магнитного поля Земли. В этой связи заметим, что Земля обладает отрицательным зарядом, распределение которого создает в приземном слое атмо-

сферы электрическое поле напряженностью около 100 В/м. По теореме Гаусса этому полю соответствует суммарный отрицательный заряд около 451615 кулон, что на 5-10 порядков меньше, чем приведенные оценки.

Проблема большого заряда легко разрешается, если предположить, что носителями электричества выступают не ионы и электроны, а крупные образования - кластеры, кристаллы, капли и т.п. Максимальный заряд, который может удержать небесное тело, определяется из баланса силы гравитационного притяжения и силы Кулона отталкивания одноименных зарядов в виде

2 _ втМ

4л80Мег2 г2 ( )

Здесь £0, ^ электрическая и гравитационная постоянная соответственно, Nе - общее число носителей электричества. Отсюда находим заряд небесного тела

Q _д/4л£0ОЫетМ (6)

Таблица 5. Коэффициенты моделей линейной регрессии вариаций вертикальной компоненты индукции магнитного поля и соответствующий

им с

зедний заряд

STATION KAK MMB CLF FUR HAD Q, Кулон

R= 0,998 0,998 0,999 0,999 0,998

Constant 3,797575 3,918072 6,015683 5,439575 5,836794

SUN1 2,156975 2,320956 3,876403 3,479264 3,718508 6,41 E+16

SUN2 0,008794 0,009831 0,015294 0,011703 0,009992 2,29E+14

SUN3 0,003658 0,005581 0,002942 0,003197 0,002389 7,32E+13

MOON1 0,000193 0,000131 -8,67E-05 -9,19E-05 -0,00003 4,75E+11

MOON2 2,81 E-05 1,97E-05 -1,03E-05 -1,16E-05 -2,22E-06 9,73E+10

MOON3 1,56E-05 1,36E-05 -3,11E-07 1,07E-06 -2,62E-07 1,22E+11

MERCURY1 -0,00398 -0,00472 -0,00237 -0,00278 -0,00252 -6,74E+13

MERCURY2 -0,00241 -0,00166 -0,00459 -0,00262 -0,003 -5,88E+13

MERCURY3 -0,01361 -0,0141 -0,01045 -0,00924 -0,01026 -2,38E+14

VENUS1 -0,00167 -0,00179 -0,0012 -0,00089 -0,00195 -3,09E+13

VENUS2 0,00435 0,004903 0,00205 0,002908 0,004819 7,84E+13

VENUS3 0,003433 0,002081 0,003881 0,003125 0,002356 6,13E+13

MARS1 -0,00529 -0,00523 -0,00371 -0,00239 -0,00285 -8,02E+13

MARS2 0,001369 0,002572 0,004842 0,004797 0,00016 5,66E+13

MARS3 0,005525 0,003436 -0,00411 -0,00534 -0,00086 -5,54E+12

JUPITER1 0,163169 0,131408 0,042344 0,039258 0,034583 1,69E+15

JUPITER2 -0,01562 -0,01259 0,05185 0,033114 0,033647 3,72E+14

JUPITER3 -0,06074 -0,05493 0,017375 0,004247 0,005156 -3,66E+14

SATURN1 0,900206 0,678317 0,538817 0,294714 0,760256 1,31 E+16

SATURN2 0,906956 0,900878 -0,4955 -0,28283 -0,38613 2,65E+15

SATURN3 -0,1365 4,97E-05 0,498336 0,272967 0,986864 6,68E+15

URANUS1 -17,214 -13,9422 -24,1043 -22,4837 -26,4272 -4,29E+17

URANUS2 10,36017 7,186717 5,329775 3,175997 8,928747 1,44E+17

URANUS3 16,00536 14,50029 -9,95766 -9,43402 -10,3066 3,33E+15

NEPTUNE1 54,83559 49,98008 94,94126 87,9602 96,60819 1,58E+18

NEPTUNE2 4,4182 18,91763 17,80636 16,79089 3,133958 2,52E+17

NEPTUNE3 60,22368 55,4146 63,46015 65,44635 59,93677 1,25E+18

Если бы Земля состояла только из носителей электричества, тогда,

порядку величины совпадает с оценкой заряда Юпитера, приведенной выше. Реально же общая масса носителей электричества нашей планеты, вычисленная по уравнению (6), составляет всего около 4500 тонн, поэтому ее суммарный заряд не столь велик, как у планет-гигантов.

При нарушении условия равновесия (5) слишком большой заряд не сможет удержаться на поверхности небесного тела, а элементарные носители в виде кристаллов или даже крупных глыб будут выброшены на орбиту, где образуют скопление типа колец Сатурна, Урана или Нептуна. Кратковременные всплески излучения, характерные для электрических разрядов, а также необычные образования типа спиц, обнаруженные в кольце В, свидетельствуют о наличии значительного электрического заряда у глыб льда, образующих кольца Сатурна. Если предположить, что величины суммарных зарядов колец Сатурна, Урана и Нептуна согласуются с полученными данными, тогда механизм возмущения магнитного поля Земли можно полностью объяснить на основе модели (1). Кроме того, на основе этой модели можно объяснить суточные колебания напряженности электрического поля в приземном слое, достигающие 30В/м, а также возникновение грозовых облаков.

Излучение Вавилова-Черенкова при сверхсветовом относительном движении небесных тел

В работе /1/ были построены модели линейной регрессии для данных по магнитному полю /3/ в зависимости только от параметров дипольного излучения Урана и Нептуна. Действительно, как следует из полученных данных, вклад Урана и Нептуна в вариации магнитного поля Земли значительно превышает вклады других небесных тел.

Столь сильное влияние Нептуна, возможно, объясняется тем, что в системе отсчета, связанной с поверхностью вращающейся Земли, относительная скорость Нептуна, периодически превышает скорость света - рис. 4. При такой относительной скорости движения необходимо учитывать релятивистские поправки в уравнениях электродинамики и механики, тогда как в современных астрономических вычислениях в пределах Солнечной системы используются уравнения классической небесной механики.

Дадим качественную оценку электродинамических эффектов, связанных с субсветовым и сверхсветовым движением Нептуна, основанную на преобразованиях Лоренца для поля равномерно движущегося заряда и потенциалах Лиенара-Вихерта /6-7/. Предположим, что заряд движется с до световой скоростью. В этом случае с учетом релятивистских эффектов уравнение (1) имеет вид /6/:

согласно (6), ее максимальный заряд составил бы 5,15* 1014 кулон, что по

Здесь Д2 — и2 / С2, - угол между направлением движения и

радиус-вектором небесного тела. Согласно второму уравнению (7), электрическое поле содержит особенности (стремится к бесконечности) в точках Д ^ 1, 01 — 7Т / 2 , которые, очевидно, являются источниками

возмущений электрического и магнитного поля Земли. Согласно уравнениям (7) в этом случае наведенные электрические и магнитные поля неограниченно возрастают по величине, что на практике эквивалентно электромагнитному импульсу.

В настоящее время нет теории, позволяющей описать движение Нептуна со сверхсветовой скоростью относительно поверхности Земли, чтобы оценить влияние его электромагнитных и гравитационных полей на параметры земной ионосферы, магнитосферы и скрость прецессии земной оси. Так, в учебном пособии /6/ утверждается, что вращающейся системой координат можно пользоваться лишь до расстояний, равных С / ке, поскольку для больших расстояний такую систему отсчета невозможно осуществить материальными телами. В случае Земли это составляет 27,5566 астрономических единиц, тогда как орбиты Нептуна и Плутона пролегают несколько дальше этого расстояния (например, на 22.07.2010 расстояние от Земли до указанных небесных тел составило 29,12 а.е. и 30,96 а.е. соответственно). С другой стороны, астрономические наблюдения за удаленными объектами Солнечной системы, звездами и галактиками, которые движутся относительно поверхности Земли со сверхсветовой скоростью, осуществляются во вращающейся евклидовой системе координат, которая простирается сколь угодно далеко. Следовательно, можно использовать вращающуюся евклидову систему координат с учетом возможных релятивистских поправок.

Отметим, что задача о поведении электромагнитных полей при сверхсветовой относительной скорости движения заряда была решена Хевисайдом (1888), де Кудром (1900) и Зоммерфельдом (1904) еще до открытия Эйнштейном релятивистской формы уравнений электродинамики в

1905 г /7-8/. В последнее время наблюдается повышенный интерес к такого рода задачам, что связано с обнаружением релятивистских струй, испускаемых ядрами галактик /9/, а также с различными модификациями эффекта излучения Вавилова-Черенкова /8/. Как известно, электромагнитные потенциалы заряда, движущегося со сверхсветовой скоростью, определены в конусе, вершина которого совпадает с зарядом, а угол раствора определяется из уравнения sin 6t = с / и . Поверхность конуса, ограничивающего решение, является огибающей волн Вавилова-Черенкова. Эти волны можно наблюдать в сплошных средах с большим показателем преломления, типа воды или свинцового стекла, в которых скорость видимого света меньше скорости света в вакууме, при движении заряженных частиц со сверхсветовой скоростью. Излучение Вавилова-Черенкова распространяется пол углом к скорости движения, а сам угол определяется из уравнения

cos 30 = с / и /7-8/.

Будем исходить из уравнений потенциалов электромагнитного поля движущегося заряда в форме Лоренца

)2

v2^-^- ф =

-2, 1ф=-р.

с2 5t2 ег

'0

V2 * 1 52 u

V A —2—— A = —2— p с 5t с s0

(8)

В частном случае движения с постоянной скоростью векторный потенциал выражается через скалярный потенциал в виде /6/

А — 4 ф

С

Рассмотрим автомодельное решение первого уравнения (8) в однородном случае, когда плотность заряда равна нулю. Предположим, что заряд движется вдоль оси ОХ. Введем цилиндрическую систему координат с осью, совпадающей с траекторией движения, положим

ф х -и ф — фдХ д — 1—2--- (9)

Подставляя зависимость (9) в первое уравнение (8), находим

(д2 - 1)ф" + дф' — 0 (10)

Разрешая уравнение (10), окончательно получим

, = (X — ut) = c:tg ef — t

? ?/✓-»? гл! л — 1 (11)

— 1 г — 1) Р2 — 1

Используя решение (11), найдем компоненты электрического и магнитного поля в виде

Е — -Vф-|А = ~^д+рд, / С У Е — -1 ф ,Е —дф ,Е —0

X I I ? Г I 2 Ф

” * (12)

г 4дг—\ г г V?27!

B = VxA = с 2uxV, B=B=0, B=u ? ф°

x г ? да

X г * да 2

с г

V?2—1

Выражения (12) описывают излучение заряженной частицы, движущейся со сверхсветовой скоростью. Полное решение задачи о поле заряда, движущегося со сверхсветовой скоростью, является суммой решений, первое из которых соответствует частному решению первого уравнения (8) для точечного заряда, т.е. определяется на основе потенциалов Лиенара-Вихерта /7/, а второе, описывающее поле излучения, задается в виде (12).

Неопределенную константу, фигурирующую в выражениях (12) можно доопределить, предположив, что в лобовой точке сферического заряда конечного радиуса радиальная компонента электрического поля обращается в ноль, т.е.

Е д — 0, Я — Я0,

, — 0 . Отсюда находим

Ф0 =

Q, Р2 — 1)

4ж£0 R0i Pi

Здесь R0, - радиус сферического заряда. Следовательно, имеем

E = Q, (Р2 — 1) — Q, (Р2 — 1)cosfl,

R' 4же1)Rf (1 — P2sim2 в)3/2 4же1)R>,R, J1 — p2sin2 в, (В)

Из полученных выражений (12-13) следует, что электромагнитное поле точечного заряда, движущегося со сверхсветовой скоростью, определено в конусе, вершина которого совпадает с зарядом, а угол раствора определяется из уравнения sin в = с / и .

Согласно последнему уравнению (12), магнитное поле излучения заряда, движущегося со сверхсветовой скоростью во вращающейся системе координат, не зависит от расстояния. Действительно, в общем случае выражение (1) необходимо модифицировать с учетом влияния релятивистских эффектов. Используя выражения (7) и (13), получим

Подставляя сюда выражение электрического поля (13), находим, что магнитное поле излучения заряда содержит слагаемое, не зависящее от расстояния. Это слагаемое появляется лишь при относительном сверхсветовом движении. Если, например, заряд Нептуна излучает волны Вавило-ва-Черенкова в какой-либо проводящей среде - ионосфере, морской воде, ядре или мантии, то эти волны отразятся на величине магнитного поля Земли. Согласно (13), интенсивность этих волн зависит от величины электростатического потенциала на поверхности небесного тела.

Указанные особенности, видимо, присущи не только электромагнитным полям Нептуна, но и Урана, Плутона и их спутников. Здесь необходимо отметить, что земная кора состоит из горных пород с большой диэлектрической проницаемостью и слабой проводимостью. В таких средах излучение зарядов небесных тел распространяется с низкой скоростью, которая может быть в несколько раз меньше скорости света в вакууме. Можно предположить, что Юпитер, Сатурн и Уран движутся относительно этих сред со сверхсветовой скоростью. Это, очевидно, выполняется и для морской воды, в которой скорость видимого света составляет около 2с/3, а относительная диэлектрическая проницаемость приблизительно равна 81.

Таким образом, мы показали, что существует релятивистский механизм усиления электромагнитных полей Нептуна, обусловленный большой относительной скоростью движения этой планеты в системе координат, связанной с поверхностью Земли.

Модель возмущения движения полюса Земли

Заметим, что выражение в круглых скобках в правой части (2) есть ничто иное, как механический момент пробной частицы единичной массы, вращающейся вокруг центра Земли по орбите небесного тела с угловой скоростью вращения нашей планеты. Исходя из этой аналогии, можно предположить, что в Солнечной системе существует обмен механическим моментом, подобно тому, как происходит обмен магнитным моментом, согласно приведенной выше модели. Можно также предположить, что гравитационный потенциал небесных тел играет в отношении механического момента роль, аналогичную потенциалу электрического поля.

Для доказательства этой гипотезы воспользуемся известными результатами общей теории относительности, касающимися прецессии ша-

рового волчка, совершающего орбитальное движение в гравитационном поле массивного тела, обладающего моментом вращения (Н. Weyl, 1923 и Ь. Schiff, 1960). Решение этой задачи приводит к уравнению (см. /6/, стр. 439):

&

кЬ

3вШ;

2 г»3

2с2 Я

й,и;

+ ■

в

с2 Я

(зй, (й, • ь,)-))

(14)

Здесь Ш,, - масса центрального тела и момент его вращения соот-

ветственно. Отметим, что модель (14) является линейной по скорости прецессии, поэтому обобщение модели на случай движения волчка в гравитационном поле нескольких массивных тел осуществляется на основе принципа суперпозиции с использованием соответствующей функции Лагранжа (см. /6/, уравнение (106,17) на с. 437). Таким образом, в общем случае имеем

&

кЬ

Ґ

3вШ;

V 2с2 Я

+ ■

в

с2 Я

(зй, (й, • Ь,)-))

(15)

У

При регулярном движении модель (15) описывает прецессию с большим периодом порядка 100 млн. лет, поэтому обычно не рассматривается в приложениях к движению полюса Земли. Ниже дано обобщение этой модели на случай нерегулярного быстрого движения при импульсном воздействии, имеющем релятивистскую природу, как и в случае возмущения электромагнитного поля Земли. Легко видеть, что первое слагаемое в правой части второго уравнения (15) по своей структуре аналогично правой части уравнения (1). В таком случае следует ожидать, что скорости смещений географического полюса описываются моделью линейной регрессии, аналогичной (4), т. е.

X(П) = ау(п) + ь + XсікРік (п), 1 < п < N

І,к

У(п) = а2Х(П) + Ь2 + X &ікРік (п)’ 1 < п < N

Ік

В таблице 6 приведены коэффициенты модели (16). Точность определения скорости смещения вдоль меридиана Гринвич практически сопа-дает с точностью определения скорости вдоль меридиана 90^.

Таблица 6. Коэффициенты моделей линейной регрессии (16)

dx/dt dy/dt

N 16032 16032

R 0,96 0,973

Standard Error of Estimate 0,001 0

b 0,0122 -0,0208

a 0,0148 -0,0145

SUN1 0,0173 -0,0154

SUN2 0,00049 1,73E-05

SUN3 -6,1E-05 0,000158

MOON1 -8,1E-07 1,14E-07

MOON2 -5,2E-07 -3,2E-07

MOON3 3,46E-08 6,47E-09

MERCURY1 -6,5E-05 -4,8E-05

MERCURY2 0,000138 -0,00012

MERCURY3 -0,00016 -0,0002

VENUS1 7,46E-05 -3,1E-06

VENUS2 -0,00024 -2,8E-05

VENUS3 6,31 E-05 -4,3E-05

MARS1 -5E-06 2,71 E-05

MARS2 5,94E-05 3,46E-05

MARS3 0,000124 2,78E-05

JUPITER1 -0,00017 -0,00098

JUPITER2 0,00105 0,000408

JUPITER3 -0,00165 -0,00122

SATURN1 0,00734 0,00317

SATURN2 0,00368 0,00312

SATURN3 0,00437 0,00108

URANUS1 -0,0739 0,0557

URANUS2 0,00816 0,0089

URANUS3 -0,0113 0,0236

NEPTUNE1 0,116 -0,325

NEPTUNE2 -0,0727 -0,0371

NEPTUNE3 0,156 -0,05

Модель (16) может быть записана в виде системы уравнений второго порядка:

И = v2x + aig + f, f = £ cJtPJt (n), 1 < n < N

J Л

y = -v2y + aj + g, g = £ djtPjt (n), 1 < n < N

J Л

(17)

2 _

Здесь V — аха2 . Используя данные из таблицы (6), находим период колебаний Т — 2п / V — 428,9089 суток, что практически совпадает с нижним значением периода чандлеровских колебаний, использованным в

модели /11/ - 429,7 суток. Как известно эти колебания соответствуют свободной нутации деформируемой Земли /4-5, 10-11/.

Система уравнений (17) интегрировалась численным методом. Результаты расчетов представлены на рис. 5-6 вместе с данными /2/. Можно отметить неплохое согласие результатов с экспериментальными данными как по периоду, так и по амплитуде колебаний.

Рис. 6. Смещение географического полюса вдоль меридиана 90 W

- У_са!с

У /2/

В численных расчетах было установлено, что модель (17) содержит вязкость, поэтому предлагается следующий окончательный вид модели

.2.

х = -у х + а1 g + / -Я[х.

(18)

у = -у У + а2/ + g-Л2у,

Здесь Л » 0,0003; 12 « 0,00023 - параметры затухания свободных колебаний географического полюса. Модель (18) весьма чувствительна к выбору параметров затухания. Путем перебора удалось оптимизировать модель лишь на интервале 1 < п < 6000, что составляет около 16,4 года.

Таким образом, на основе аналогии с моделью обмена магнитным моментом в Солнечной системе, разработана модель обмена механическим моментом, описывающая чандлеровские колебания Северного полюса Земли. Мы также доказали, что модель линейной регрессии возмущенного движения полюса в форме (16) является следствием общей теории относительности Эйнштейна.

Оценка релятивистских динамических эффектов в Солнечной системе

Как следует из уравнений (16) и данных таблицы 6, демонстрирующих значительный вклад Урана и Нептуна в динамику возмущенного движения полюса Земли, должен существовать механизм усиления гравитационных возмущений, аналогичный релятивистскому механизму усиления электромагнитных возмущений. Этот механизм легко установить на основе уравнений (15). Заметим, что угловая скорость прецессии в форме второго уравнения (14) или (15) является первым членом разложения релятивистского выражения, описывающего эффект увеличения массы и момента при субсветовых скоростях относительного движения небесных тел. В общем случае механический момент преобразуется по формулам, которые в специальной системе отсчета имеют вид /6/

Таким образом, поперечная к относительной скорости компонента момента резко возрастает при субсветовой скорости движения. Следовательно, угловая скорость прецессии испытывает сильные возмущения при

ния возмущений угловой скорости прецессии, аналогичный механизму усиления электромагнитных возмущений.

Релятивистский механизм усиления возмущений скорости прецессии приводит к следующим легко проверяемые следствия. Земля при каждом механическом встряхивании отзывается серией землетрясений, поэтому должна быть заметная корреляция ежедневного числа сейсмических событий с астрономическими параметрами Урана и Нептуна. Такая корреляция действительно была обнаружена в работе /1/ - см. таблицу 7.

Второе следствие связано с достижением субсветовой скорости Ураном и Нептуном, что более вероятно на максимальном удалении от Земли для Урана и на минимальном удалении для Нептуна. В таком случае корреляция числа сейсмических событий должна возрастать с расстоянием до Урана и убывать с расстоянием до Нептуна. Чтобы определить указанные зависимости в работе /1/ на основе всемирной базы /9/ была создана семантическая информационная модель сейсмической активности Земли, охватывающая 20489816 записей регистрации различными сейсмостанциями

Ь

Ь

Г = Ь , Г

X х? у

(19)

Рх ^ 1. Это означает, что существует релятивистский механизм усиле-

событий Землетрясений, произошедших на нашей планете в период с 1 января 1961 года по 31 декабря 2006 г. На рис. 7 представлены диаграммы коэффициентов корреляции параметров сейсмической активности с расстоянием до Урана и Нептуна. Из приведенных на этой диаграмме данных действительно следует, что ежедневное число землетрясений с магнитудой

ть — 4 , их суммарная магнитуда, суммарная энергия и суммарный объем

убывает с увеличением расстояния до Нептуна и возрастает с ростом расстояния до Урана.

Третье, легко проверяемое следствие - это эффекты, связанные с движением Плутона, орбита которого пересекается с орбитой Нептуна, а также астероида Хирон, орбита которого пересекается с орбитой Урана. Следует ожидать, что часть сейсмических событий обусловлена импульсным воздействием полей этих небесных тел при движении с субсветовой скоростью относительно Земли.

В таблице 7 представлены значимые коэффициенты корреляции суммарных и средних за сутки параметров сейсмической активности нашей планеты с комплексами р , рассчитанными в соответствии с (7) по

астрономическим параметрам Урана, Нептуна, Плутона, Хирона, Солнца и Луны.

Как следует из приведенных в таблице 7 данных, коэффициенты

корреляции параметров сейсмической активности с комплексами р

Урана, Нептуна, Плутона и Хирона вполне сопоставимы между собой, тогда как аналогичные коэффициенты Солнца и Луны, являющихся основными источниками возмущения скорости прецессии, на порядок меньше. Отметим, что коэффициенты корреляции параметров сейсмической активности с расстоянием до Урана значительно превосходят по абсолютной величине аналогичные коэффициенты для Нептуна - рис. 7, хотя коэффициенты корреляции с параметрами рк этих небесных тел вполне сопоставимы между собой - см. таблицу 7. Это, видимо, связано с тем, что Уран вращается вокруг оси с периодом 17 ч 24 мин, поэтому скорость Земли относительно поверхности Урана периодически превышает скорость света

- рис. 8. Как известно, Уран вращается вокруг оси, наклоненной на 97,77° относительно нормали к орбитальной плоскости /13/. Его ось вращения ориентирована в сторону звезды Сабик и проецируется на эклиптику на 257,311°, т.е. 17,311° знака Стрельца. Поскольку ось вращения Урана практически параллельна плоскости эклиптики, скорость Земли относительно его поверхности будет максимальной в те периоды, когда вектор угловой скорости вращения Урана становится перпендикулярно радиус вектору, соединяющему планеты, например, в 1962-1971 г, в 2003-2012 г и т.д.. В другие периоды относительная скорость резко уменьшается, достигая минимума в те периоды, когда вектор угловой скорости вращения

Урана становится параллельно радиус вектору, например, в 1981-1990 г, 2025-2033 г и т.д.

Таблица 7. Коэффициенты корреляции средних параметров сейсмической активности с комплексами Pik : SUM, SUM_M, SUM_E, SUM_V -ежедневное число, суммарная магнитуда, суммарная энергия и суммарный

объем землетрясений с магнитудой mb ^ 4 ; AVR_M, AVR_E, AVR_V -

средние значения магнитуды, энергии и объема.

SUM SUM M SUM E SUM V AVR M AVR E AVR V

URANUS1 0,325 0,313 0,188 0,163 -0,136 -0,292 -0,286

URANUS2 -0,0206 0,103 0,0668 0,176 -0,105 -0,104

URANUS3 -0,349 -0,33 -0,104 -0,13 0,222 0,236 0,226

NEPTUNE1 0,0252 0,0215

NEPTUNE2 -0,264 -0,238 -0,0309 0,256 0,0549 0,0507

NEPTUNE3 -0,473 -0,456 -0,292 -0,269 0,206 0,458 0,442

PLUTO1 -0,335 -0,329 -0,262 -0,235 0,108 0,4 0,386

PLUTO2 0,484 0,453 0,164 0,178 -0,327 -0,309 -0,297

PLUTO3 0,388 0,379 0,274 0,245 -0,133 -0,419 -0,405

CHIRON1 -0,289 -0,281 -0,181 -0,176 0,135 0,328 0,317

CHIRON2 -0,0358 -0,0308 0,0186 0,0156 0,0724 0,0164

CHIRON3 -0,0891 -0,0921 -0,0424 -0,00565 -0,0511

SUN1 -0,0269 -0,0336 -0,0318

SUN2

SUN3 0,0279 0,0268

MOON1 0,0169

MOON2

MOON3 -0,0247 -0,0234

Рис. 7. Коэффициенты корреляции параметров сейсмической активности с расстоянием до Урана и Нептуна: SUM, SUM_M, SUM_E, SUM_V -ежедневное число, суммарная магнитуда, сумарная энергия и суммарный объем землетрясений с магнитудой mb>4

0,35

Рис. 8. Скорость Земли относительно поверхности Урана, нормированная на скорость света

Дата

Каким же образом влияние Земли на Уран, связанное с переходом через скорость света, передается обратно на Землю? Обратимся к первому уравнению (15), в котором в системе отсчета, связанной с поверхностью Урана, фигурирует скорость прецессии, обусловленная, в том числе, движением Земли. Эта часть возмущения в правой части первого уравнения (15) описывает момент сил, приложенный к Урану. Если бы система Земля-Уран была замкнутой, то в силу закона сохранения момента импульса к Земле должен был быть приложен момент сил такой же по величине, но противоположного знака. Для незамкнутой системы этот баланс выполняется приближенно, т.е.

ским механизмом усиления возмущений.

Разумеется, что модель (20) может служить лишь для оценки эффекта релятивистского взаимодействия небесных тел. Тем не менее, у нее есть свои интересные следствия. Например, коэффициенты корреляции пара-

интенсивность влияния гравитационного поля Урана на земные процессы, должны быть в период максимального взаимодействия больше по абсолютной величине, чем в период минимального взаимодействия. Действительно, максимальный по величине коэффициент корреляции, вычисленный в период 1963-1971гг (максимальное взаимодействие) в 4 раза превосходит аналогичный коэффициент, вычисленный в период 1981-1990 гг (минимальное взаимодействие).

Интересно, что этот результат справедлив только для сейсмических событий, тогда как индукция магнитного поля имеет одинаково высокий

максимальный коэффициент корреляции с параметрами р , около 0,950,98, во все периоды. Это объясняется тем, что система Земля-Уран имеет совместное магнитное поле /1/, которое поддерживается за счет движения планет, а накачивается, видимо, за счет релятивистского механизма, описанного выше.

Вращение Урана вокруг оси с периодом 17 ч 24 мин приводит к еще одному интересному эффекту: в системе координат, связанной с поверхностью этой планеты, Солнце движется со скоростью света в те периоды, ко-

Здесь Ше, Я1е - масса Земли и расстояние от небесного тела до ее центра; к,■ — к е (Ре,)- скорость прецессии, обусловленная релятивист-

метров сейсмической активности с параметрами р , характеризующими

гда ось вращения перпендикулярна радиус-вектору, соединяющему эти небесные тела. В этом смысле Уран является выделенной планетой в Солнечной системе. Существует множество гипотез относительно необычной ориентации его оси вращения. Согласно уравнениям (20), на Уран должен действовать момент сил, вызывающий прецессию вектора углового момента планеты. При этом релятивистское взаимодействие в системе Солнце-Уран будет минимальным при условии, что вектор собственного углового момента Урана перпендикулярен вектору углового момента Солнца, как это следует из формул преобразования момента импульса (19). В настоящее время угол между указанными векторами близок к прямому (ось вращения Солнца ориентирована в сторону созвездия Дракона, проецируется на 286,13°, склонение - 63,87°).

Не только Земля и Солнце, но и другие планеты Солнечной системы в определенные периоды движутся относительно поверхности Урана с субсветовой скоростью, чем создается возможность для обмена механическим моментом. Таким образом, Уран выступает как своеобразный пункт перераспределения углового момента в Солнечной системе. Это удивительное свойство Урана оказывает влияние на множество процессов, протекающих на нашей планете, включая сейсмические события, прецессию земной оси и процессы в магнитосфере.

Электромагнитные волны, вызванные движением Урана и Нептуна

Наиболее убедительным фактом, свидетельствующим о наличии совместного магнитного поля в системе Земля-Уран, являются электромагнитные волны с длительным периодом, равным сидерическому периоду обращения Урана, составляющему около 84,048 земных лет - рис. 9. Для поиска этих волн был разработан специальный интерфейс, позволяющий обрабатывать экспериментальные данные /3/, собранные на станциях, расположенных в различных пунктах на нашей планете. Данные /3/ являются фрагментарными, полученными в различные годы. Большинство станций наблюдения открывались на короткий период, а затем закрывались, в силу организационных и иных трудностей. Среди 240 станций было отобрано 30, данные которых образовывали ряды длительностью не менее 42 лет в период с 9 февраля 1963 г по 31 декабря 2006 г.

В таблице 8 приведены коэффициенты моделей линейной регрессии (8) для вертикальной компоненты индукции магнитного поля земли для тех станций, на которых в 1963-2006 гг. отчетливо наблюдалась электромагнитная волна Урана. Указанные станции находятся на разных широтах и меридианах. По данным семи станций из таблицы 8 можно определить, что в указанный период волна Урана имела минимум на станциях с восточной долготой (см. рис. 9) и максимум на станциях с западной долготой

- рис. 10 (см. также рис. 5 из работы /1/). Форма волны близка к синусои-

дальной, поэтому модели линейной регрессии имеют высокую степень точности для всех станций - см. таблицу 8.

Аналогично можно определить электромагнитную волну, период которой совпадает с сидерическим периодом обращения Нептуна - 164,49 лет. В базе данных /3/ есть 5 станций, ряды которых имеют длительность 100 и более лет, что позволяет проследить волну, создаваемую движением Нептуна - рис. 11. Наличие этой волны свидетельствует о существовании механизма электромагнитного обмена в системе Земля-Нептун.

Рис. 9. Электромагнитная волна Урана: BzIRT - данные, полученные на станции Patrony (IAGACode: IRT lat: 52.167 long: 104.45); BzIRT_calc -расчет по данным таблицы (8)

СО со о ю со о со со о О h- О) СО h- О) Ю h- О) СО h- О) СО о со СО о со со о со со о 5 о СО о о со о о со о о О о cn о о CN СО О О CN

CN О 00 о со о о LO О СО О о о CN о о со о о LO О со о CD О

огі О о CN CN CN СО О СО CN со о со CN LO О 00 CN 00 о 00 CN О О

Рис. 10. Электромагнитная волна Урана: BzTHL - данные, полученные на станции Qaanaaq (Thule, IAGA Code: THL lat: 77.483 long: 290.833); BzTHL_calc - расчет по данным таблицы (8)

57000 56800 -\ . 56600 -

с 56400 -56200 -ш 56000 -| 55800 -55600 -55400 -1

Заметим, что в моделях в таблице 8 фигурируют только параметры

рк , соответствующие Урану и Нептуну. Это согласуется с полученными выше результатами, приведенными в таблице 5. Согласно этим данным вклад Урана и Нептуна в изменение магнитного поля Земли на один-два порядка превышает вклады других небесных тел. Тем не менее, по имеющимся данным /3/ можно распознать электромагнитные волны, создаваемые движением Сатурна и Юпитера.

Электромагнитные волны, вызванные движением Урана и Нептуна, могут складываться между собой, что легко обнаруживается при построении моделей линейной регрессии - см. таблицу 8. На некоторых станциях эти волны образуют единую волну причудливой формы. Представленные же на рис. 9-11 волны существовали раздельно, поэтому их удалось идентифицировать.

Таблица 8. Станции, на которых в 1963-2006 гг отчетливо наблюдалась волна Урана с периодом 42 года. Коэффициенты моделей линейной регрессии определены по данным для вертикальной компоненты вектора индукции._________________________________________________________

Станция Gnangara Guam Kakioka Memambetsu Patrony Resolute Bay Qaanaaq (Thule)

IAGA Code GNA GUA KAK MMB IRT RES THL

Lat -31,8 13,59 36,232 43,91 52,167 74,69 77,483

Long 118 144,89 140,188 144,189 104,47 265,105 290,833

N 15217 14791 16032 15938 15587 15150 15980

R 0,985 0,993 0,997 0,997 0,99 0,979 0,963

Constant -53560,9 7648,119 35002,8 41725,81 57316,1 58713,31 56923,98

URANUS1 -614,416 -3616,39 5286,915 2180,263 -6881,06 3941,543 6470,857

URANUS2 -12204,8 -18365,3 -8588,59 -5779,09 -2394,63 -3579,53 -6726,2

URANUS3 6871,205 -13116,8 -13365 -12035,6 -13685,3 16438,94 20200,36

NEPTUNE1 9517,41 19726,3 -1847,04 4304,122 22487,73 4824,746 5098,304

NEPTUNE2 -20230,6 -32394,7 -904,107 -13006 -26259,4 37359,19 29737,03

NEPTUNE3 -981,855 -4253,55 -49135,8 -44958,9 1102,556 13779,4 -13761

Рис. 11. Электромагнитная волна Нептуна: данные получены на станции Eskdalemuir (IAGA Code: ESK lat: 55.317 long: 356.8)

46300 46100 45900 45700 с 45500 £ 45300 45100 44900 44700 44500

91 6 91 9 6 (N 9 13 9 63 9 14 9 64 9 15 9 65 9 16 9 66 9 17 9 67 9 со 9 S8 9 19 9 69 9

О О о О О О О О О О о о о о о О о о

01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01

Распознавание сейсмических событий по изменению магнитного поля Земли

Данные по магнитному полю /3/ могут быть использованы для распознавания сейсмических событий на основе системы искусственного интеллекта «Эйдос-астра» /14/.

Методика распознавания сейсмических событий по астрономическим параметрам небесных тел подробно изложена в работах /1, 15-17/ и других. В работе /1/ было показано, что добавление в число входных параметров данных по магнитному полю /3/ позволяет повысить вероятность распознавания сейсмических событий. Возникает вопрос о вероятности распознавания сейсмических событий только по данным /3/. Чтобы ответить на этот вопрос, была сформирована база данных, содержащая категории сейсмических событий /12/ и данные по магнитному полю /3/.

Определим суммарную и среднюю магнитуду, магнитуду энергии и объема сейсмических событий в виде:

i=1

SE = ln ^ exp( ambt)

i =1

SV = ln ^ Ht 3 exp( ambt)

M = SM / n, E = SE / n, V = SV / n

Здесь n=SN - число ежедневных событий, H - глубина очага. Параметр энергии задан постоянным и равным a=1.5.

Отметим, что магнитуда mb рассчитывается по максимальной скорости смещения в короткопериодных объемных волнах по формулам /11/:

mb = log1o( A / T) + Q (A, H) (22)

где, А - амплитуда P-волн смещение грунта в мкм (рассчитывается по максимальной амплитуде), T - периода в секундах, T <3с; Q (A, H) -функция ослабления Гутенберг и Рихтер (1956), A - эпицентральное расстояние в градусах, 21 ° < A < 100 °.

На рис. 12 представлены абсолютные значения корреляции параметров сейсмической активности (21) с данными по магнитному полю /3/. В таблице 10 приведены значения параметра сходства при распознавании категорий сейсмических событий трех типов - А (однократные события с заданной магнитудой), В (двукратные события с заданной магнитудой), С (трехкратные события с заданной магнитудой), в 4 моделях:

M12(12) - модель содержит данные по магнитному полю, полученными на 12 обсерваториях с максимальным коэффициентом корреляции -KAK, MMB, ABG, HON, CLF, BLC, DOU, FUR, HAD, KNZ, MEA, AAE, а также 11 параметров долготы 10 небесных тел и Лунного Узла;

M12(23) - модель содержит только данные по магнитному полю, полученные на 23 обсерваториях;

M12(XY) - модель содержит астрономические параметры небесных тел и параметры смещения географического полюса /1/;

M12 - модель содержит астрономические параметры небесных тел

/1/.

Рис. 12. Абсолютные значения параметра корреляции сейсмических событий с данными по магнитному полю /3/

0,6

0,5- гг^гъ 1 1ГЪ ги П-, 1Т|ГЬГЪПпп_ Тгнгъ гц

0,4 -

Таблица 10. Параметр сходства в четырех моделях

Категория Число событий М12(12) М 12(23) М12(ХУ) М12

А40-МЬ=4,0 1362 -28,687 -22,434 -14,590 -25,688

А41-МЬ=4,1 1580 -21,691 -13,994 -7,849 -20,518

А42-МЬ=4,2 1796 -15,622 -9,258 -1,395 -15,137

А43-МЬ=4,3 2224 -11,312 -7,530 1,030 -6,386

А44-МЬ=4,4 2744 -31,799 -29,949 -22,716 -23,526

А45-МЬ=4,5 3358 -6,908 -17,653 -19,410 -0,521

А46-МЬ=4,6 4119 3,692 -9,560 -9,544 15,326

А47-МЬ=4,7 4768 26,700 21,277 14,571 38,967

А48-МЬ=4,8 4954 18,832 11,067 2,334 27,220

А49-МЬ=4,9 5008 24,835 26,297 10,863 42,279

А50-МЬ=5 4904 32,526 29,969 24,695 46,679

А51-МЬ=5,1 4582 30,525 33,256 20,833 47,280

А52-МЬ=5,2 4134 39,536 30,590 29,093 46,136

А53-МЬ=5,3 3563 35,548 38,466 27,200 46,183

А54-МЬ=5,4 3010 40,405 36,535 36,763 47,303

А55-МЬ=5,5 2367 31,806 27,764 27,214 38,980

А56-МЬ=5,6 1940 41,577 41,062 41,983 50,124

А57-МЬ=5,7 1460 44,856 45,732 49,226 51,014

А58-МЬ=5,8 1179 33,183 26,749 41,285 46,721

А59-МЬ=5,9 864 34,713 30,815 32,374 39,544

А60-МЬ=6,0 656 30,172 21,124 24,966 30,715

А61-МЬ=6,1 453 43,822 30,386 41,083 37,473

А62-МЬ=6,2 319 23,436 17,044 18,568 20,561

А63-МЬ=6,3 202 27,448 20,787 26,755 28,077

А64-МЬ=6,4 137 18,711 16,951 19,372 24,298

А65-МЬ=6,5 87 25,511 17,891 29,916 30,510

А66-МЬ=6,6-7,0 68 13,140 9,655 20,598 26,687

В40-МЬ=4,0 446 21,405 15,696 12,946 17,327

В41-МЬ=4,1 660 10,685 10,786 9,673 5,457

В42-МЬ=4,2 835 14,268 14,063 12,518 6,970

В43-МЬ=4,3 955 -10,465 -4,924 -2,587 -5,802

В44-МЬ=4,4 1099 -28,557 -21,572 -14,031 -25,511

В45-МЬ=4,5 1223 -31,751 -21,707 -10,406 -22,087

В46-МЬ=4,6 1455 -43,298 -32,299 -25,726 -31,305

В47-МЬ=4,7 1612 -71,505 -50,901 -51,265 -49,250

В48-МЬ=4,8 1817 -38,542 -32,212 -32,803 -33,589

В49-МЬ=4,9 1636 -25,626 -27,323 -39,548 -21,027

В50-МЬ=5 1428 17,449 3,950 7,943 20,604

В51-МЬ=5,1 1206 12,052 0,526 1,955 13,382

В52-МЬ=5,2 936 27,364 22,223 26,812 30,887

В53-МЬ=5,3 617 35,569 29,057 28,142 35,937

В54-МЬ=5,4 422 22,890 16,908 9,911 16,797

В55-МЬ=5,5 261 29,666 20,419 18,977 30,859

В56-МЬ=5,6 180 30,729 24,177 27,145 33,095

В57-МЬ=5,7 93 32,396 27,423 29,805 37,129

В58-МЬ=5,8 73 29,378 25,765 32,485 33,490

В59-МЬ=5,9-6,4 69 29,517 22,033 31,826 31,720

С40-МЬ=4,0 130 41,918 30,478 39,240 39,554

С41-МЬ=4,1 259 27,006 18,653 24,084 22,882

С42-МЬ=4,2 362 17,572 10,454 14,101 6,392

С43-МЬ=4,3 436 15,686 14,563 15,123 8,862

С44-МЬ=4,4 482 18,490 18,857 16,697 11,107

С45-МЬ=4,5 468 6,944 9,793 8,423 4,193

С46-МЬ=4,6 515 -40,238 -32,726 -25,373 -24,811

С47-МЬ=4,7 501 -47,387 -38,056 -27,132 -29,617

С48-МЬ=4,8 450 -44,882 -33,374 -27,852 -28,145

С49-МЬ=4,9 447 -4,602 -1,358 -6,788 -7,566

С50-МЬ=5 356 14,731 10,449 4,252 11,773

С51-МЬ=5,1 293 18,109 15,502 4,136 11,662

С52-МЬ=5,2 166 17,001 22,702 15,381 25,651

С53-МЬ=5,3-6,0 105 25,082 19,041 27,651 27,622

Среднее 1374 10,394 8,690 10,179 14,671

Отметим, что модель М12(23), содержащая только данные по магнитному полю /3/ заметно уступает модели М12, содержащей только астрономические параметры, как по среднему, так и по максимальному параметру сходства. Однако эта модель сама по себе вполне может быть использована для распознавания сейсмических событий.

Данные, приведенные на рис. 12 и в таблице 10 свидетельствуют о сильной взаимосвязи сейсмических событий с вариациями магнитного поля Земли. Механизм возникновения этой взаимосвязи в настоящее время неизвестен. Можно лишь предположить, что сейсмические события, вариации магнитного поля и вариации угловой скорости вращения нашей планеты обусловлены, в том числе, движением небесных тел - см. рис. 1-3, 4-5. Этот факт хорошо прослеживается при сравнении матриц информативностей категорий сейсмических событий из таблицы 10 (см. определение матрицы информативностей в работах /1, 14-17/ и других) в различных моделях - рис. 13, а также при построении моделей линейной регрессии -таб. 4, 6, 8.

Рис. 13. Визу ап из аци я матриц информативностей категорий сейсмической активности в зависимости от астрономических комплексов иРАМиЭЗ, МЕРТШЕЗ и данных по верти кап ьн ой компоненте индукции магнитного попя по измерениям на обсерваториях

о

ш

60 -

50 -

40 -

30

20

10

- - 1 ■ V 1:1 І1 * *- 1 1 ^

■ кш < * ■ и гг Ш «і < 1*1

- —3 т —1

-

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

10 20 30 4 0 50 60 70 60

и^мизз ОИА сил № ИЖ Шё МНЕРТШЕЗ

Данные на рис. 13 убедительно свидетельствуют, что сейсмические события связаны с вариациями магнитного поля на перечисленных станциях наблюдения точно так же, как и с астрономическими комплексами, отражающими влияние Урана и Нептуна. Для сравнения на рис. 14 представлена визуализация матриц информативностей, отражающих вклады в сейсмическую активность других небесных тел - Юпитера и Сатурна. Влияние комплексов Урана и Нептуна на категории сейсмических событий распознается на рис. 13-14 по характерным «кляксам».

Рис. 14. Визуализация матриц информативностей категорий сейсмических событий А-6-С в зависимости от астрономических комплексов Юпитера (Л жУ^З), Сатурна (81,32.33). Урана (1Л,и2.иЗ) и Нептуна (NE1.NB2.NE3).

%а 20 30 40 50 50 70 80 90 100 110 120 130 140

В этой связи заметим, что если в отношении происхождения вариаций вектора угловой скорости вращения Земли существует мнение о доминирующей роли гравитации небесных тел (см., например, работы /4, 1011/ и другие), то в отношении происхождения вариаций вектора индукции магнитного поля традиционная точка зрения сводится к утверждению о наличии замкнутых электрических токов в океанах, коре и мантии (см. например, работы /18-19/), причем эта гипотеза распространяется и на другие планеты /20/. Очевидно, что гипотеза о наличии в океанах и недрах планеты циркулирующих электрических токов никак не противоречит обсуждаемой гипотезе о влиянии небесных тел, поскольку вопрос о происхождении этих токов никогда не был решен до конца.

Можно предположить, что изменение вектора угловой скорости вращения складывается из пропорциональных откликов - течений и деформаций в сплошных средах, составляющих оболочки нашей планеты, на

воздействие небесных тел. При этом в мантии, литосфере, океане и атмосфере происходят не только плавные, непрерывные изменения, но и резкие толчки, сопровождающиеся высвобождением большой энергии в форме землетрясений, цунами, ураганов и гроз. Таким образом, сейсмические события и возмущения магнитного поля земли, оказываются связанными как с воздействием небесных тел - рис. 3, 9-10, 14, так и друг с другом - рис. 12-13. Течения и электрические токи, индуцированные движением небесных тел, складываются с течениями и токами, вызванными локальными силами. Разделить их будет достаточно сложно. Однако совпадение периода волн, представленных на рис. 9-11. с сидерическим периодом обращения Урана и Нептуна, позволяет предположить, что влияние небесных тел преобладает над локальными силами. Механизм же обмена механическим и магнитным моментом в Солнечной системе, связанный с особым положением Нептуна относительно Земли, а также специфическим периодом вращения Урана нуждается в дальнейшем исследовании.

Литература

1. Трунев А.П. Семантические информационные модели глобальной сейсмической активности при смещении географического и магнитного полюса / А.П. Трунев, Е.В. Луценко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №02(56). - Режим доступа: http://ej. kubagro .ru/2010/02/pdf/15.pdf

2. Earth orientation centre / http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/

3. World Data Centre for Geomagnetism (Edinburgh)/ http://www.wdc.bgs.ac.uk/catalog/master.html

4. Пономарева О.В.. О механизме возмущения периодического движения полюса земли планетами солнечной системы// http://kcs.dvo.ru/ivs/publication/volc_dav/2007/art20.pdf

5. Зотов Л. В. Вращение Земли: анализ вариаций и их прогнозирование / Дис. на соискание уч. степени к.ф.м.н., специальность 01.03.01 - астрометрия и небесная механика, Москва, 2005.

6. Ландау Л.Д, Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.2. Теория поля. - 7 изд. - М.: Наука. - 1988. - 512 с.

7. Болотовский Б.М., Быков В.П. Излучение при сверхсветовом движении заряда// УФН. - 1990. - Т. 160. - №6.

8. Болотовский Б.М., Серов А. В. Излучение сверхсветовых источников в вакууме// УФН. - 2005.- Т. 175. - №9.

9. T. J. Pearson, J. A. Zensus. Superluminal radio sources: Introduction/ in Superluminal Radio Sources, edited by J. A. Zensus and T. J. Pearson. - Cambridge University Press. -Cambridge. - 1987. - pp. 1-12.

10. Акуленко Л.Д., Кумакшев С.А., Марков Ю.Г., Рыхлова Л.В. Модель движения полюса деформируемой Земли, адекватная астрометрическим данным// Астрон. ж.

- 2002. - Т. 79. - N 1. - С. 81-89.

11. Л.Д. Акуленко, С. А. Кумакшев, А.М. Шматков. Возмущенное вращение Земли// http://www.ipmnet.ru/~kumak/Earth/eop_theorv_rus.pdf

12. International Seismological Center/ http://www.isc.ac.uk/

13. Seidelmann, P. Kenneth; Archinal, B. A.; A’hearn, M. F.; et al. (2007). "Report of the IAU/IAGWorking Group on cartographic coordinates and rotational elements: 2006". Celestial Mech. Dyn. Astr. 90: 155-180. D0I:10.1007/s10569-007-9072-y

14. Луценко Е.В. Artificial intelligence system for identification of social categories of natives based on astronomical parameters / Е.В. Луценко, А.П. Трунев // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - №03(37). -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2008/03/pdf/07.pdf

15. Трунев А. П. Прогнозирование землетрясений по астрономическим данным с использованием системы искусственного интеллекта / А. П. Трунев, Е. В. Луценко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. -№08(52). - Шифр Информрегистра: 04209000Ш0086. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2009/08/pdf/13.pdf

16. Трунев А. П. Прогнозирование сейсмической активности и климата на основе семантических информационных моделей / А. П. Трунев, Е. В. Луценко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №09(53). -Шифр Информрегистра: 0420900012\0098. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2009/09/pdf/09.pdf

17. Трунев А. П. Системно-когнитивный анализ и прогнозирование сейсмической активности литосферы Земли, как глобальной активной геосистемы / А. П. Трунев, Е.В. Луценко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №01(55). - Шифр Информрегистра: 0421000012\0001. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/01/pdf/22.pdf

18. Hollerbach R., Jones C. A. Influence of the Earth’s inner core on geomagnetic fluctuations and reversals// Nature, 365, pp. 541-543, 1993.

19. G.A. Glatzmaier and P.H. Roberts. A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal// Nature, 377, 203-209, 1995.

20. Holme R. Three-dimensional kinematic dynamos with equatorial symmetry: application to the magnetic fields of Uranus and Neptune// Phys. Earth Planet. Interiors, 102, pp. 105122, 1997.