Косинов Н.В., Гарбарук В.И., Косинов Л.В.

Аннотация.

Почему Земля вращается? Почему ветры в циклонах в северном полушарии дуют против часовой стрелки, а в циклонах в южном полушарии дуют по часовой стрелке? Почему в экваториальной зоне Земли никогда не бывает тайфунов, смерчей и циклонов? На эти вопросы наука пока не имеет ответов. В настоящей статье авторы предприняли попытку дать ответы на эти вопросы. Описаны лабораторные эксперименты, раскрывающие механизм вращения Земли. Дается объяснение механизмам возникновения циклонов, торнадо. Описаны физические эффекты, лежащие в основе этих явлений. Рассматривается интегральный электромагнитогидродинамический и термический эффект, наблюдаемый в лабораторных условиях, который может быть распространен на большое количество природных явлений. Проведенные исследования позволяют утверждать, что в ядре нашей планеты располагается твердый керн, а расплавленная зона имеет форму близкую к форме тора. Эксперименты указывают на то, что при смене магнитных полюсов Земли, наша планета поменяет направления вращения на противоположное.

1. Нерешенные проблемы

Со времен Галилея известно, что Земля вращается. Однако причина вращения до сих пор не установлена. Нет ответа на вопрос: почему она вращается с запада на восток, а не каким-то иным образом? Что ограничивает степени свободы? На этот счет есть различные мнения. Существует мнение, что Земля вращается по инерции, приобретя когда-то импульс движения [1]. Есть и другая гипотеза, которая основывается на идее гидромагнитного динамо С.И.Брагинского. В этой модели считается, что течение электропроводящей жидкости в расплавленном ядре Земли аналогично движению проводника вызывает магнитоэлектрический эффект. Это движение складывается с еще одним движением - с вращением Земли. В результате индуцируется электрический ток, а он рождает магнитное поле точно также как в обычной динамо-машине. В этой модели возникновение магнитного поля Земли связывается с ее вращением, считая вращение первичным фактором, а появление магнитного поля - вторичным. Однако, как будет показано ниже, эта модель не в состоянии объяснить множество явлений, происходящих как на Земле, так и в ее недрах, поэтому не может считаться правильной.

До начала 20-го века считалось, что Земля вращается равномерно, а период ее вращения использовался даже как единица времени. Однако в результате наблюдений выяснилось, что Земля вращается неравномерно. Происходят годовые и полугодовые колебания скорости вращения, месячные и полумесячные колебания скорости, при которых продолжительность суток может как уменьшаться, так и возростать на несколько тысячных долей секунды. Причина таких изменений скорости вращения Земли не установлена. Ее не в состоянии объяснить идея гидромагнитного динамо Брагинского. Особенно непонятно, за счет чего скорость вращения Земли может увеличиваться. Реальные изменения скорости вращения Земли опровергают идею вращения ее по инерции. Видно, что для раскрытия механизма вращения Земли необходимо привлекать совершенно новые идеи. Необходимо раскрыть физические эффекты, приводящие к ее вращению, а также вести поиск модельного подтверждения механизма вращения Земли.

2. Интегральный электромагнитогидродинамический и термический эффект

Исследования в области теории физического вакуума [2] позволили установить физические явления, которые на наш взгляд могут приблизить ответы на перечисленные выше вопросы. Речь, в частности, идет о физических эффектах, в которых при протекании электрического тока через электропроводную среду, помещенную в магнитное поле, в зонах расположения электродов возникают градиенты температуры среды, а также вихревые движения среды, обусловленные появлением момента силы в направлении перпендикулярном вектору магнитной индукции [2]. Как отмечено в [2], направление вихревого движения среды M задается векторным произведением M=BxE, а направление вектора теплового потока Q задается двойным векторным произведением: Q=[BxE]xB. Этот интегральный электромагнитогидродинамический и термический эффект, наблюдаемый в лабораторных условиях, может быть распространен на большое количество природных явлений. Ниже будут описаны некоторые лабораторные эксперименты, которые демонстрируют названные физические эффекты. Они, на наш взгляд, позволяют понять и раскрыть механизм вращения Земли. Поведение электропроводной жидкости в магнитном поле – это проявление физических эффектов, которые имеют большую аналогию с вращением Земли, а также с некоторыми другими явлениями в недрах Земли и на ее поверхности. Приводим описание эксперимента.

Эксперимент №1. Схема эксперимента представлена на рис.1.

Рис.1. Вихревое движение электропроводной жидкости.

На рисунке изображены: 1 - сосуд, 2 - расплавленный металл, 3 - спиральная катушка, по которой пропускается электрический ток, 4 - металлическое колцо, подключенное к источнику тока, 5 - электрод, подключенный к источнику тока.

Сосуд с расплавленным оловом помещен в магнитное поле, вектор магнитной индукции которого направлен вертикально. В центральной части сосуда в жидкость опущен электрод. Второй электрод выполнен кольцевым, установлен по периметру сосуда и опущен в жидкость.

При подключении тока расплавленный металл приходит в движение. Наблюдается вихревое движение расплавленного олова. В центре образуется глубокая воронка. Направление движения расплавленного металла показано стрелкой на виде сверху. С увеличением тока скорость вихревого движения возростает. При изменении направления магнитного поля - направление вихревого движения раплавленного олова меняется на противоположное.

Одновременно с вихревым движением жидкости проявляется еще один физический эффект - появление градиента температуры. Сущность этого физического явления описана в [2]. Это физический эффект проявляется в эксперименте. Наблюдается образование твердой фазы металла в центре сосуда или по краю (рис.2, рис.3).

Рис.2. Вихревое движение электропроводной жидкости и образование твердой фазы металла в центре сосуда.

На рис. 2 изображены: 1 - сосуд, 2 - расплавленный металл, 3- спиральная катушка, по которой пропускается электрический ток, 4 - металлическое колцо, подключенное к источнику тока, 5 - электрод, подключенный к источнику тока, 6 - твердый металл.

При полярности приложенного напряжения такой, как показано на рис.2, твердая фаза металла появляется в центре. Если произвести кратковременное отключение тока, то твердый островок застывшего металла начинает таять. Повторное включение тока снова приводит к интенсивному образованию твердого олова в центре. Если в процессе роста твердого участка, не отключая тока, поменять направление магнитного поля, так как показано на рис.3, то направление вихревого движения расплавленного металла меняется на противоположное. Одновременно наблюдается интенсивное расплавление твердого участка в центре.При этом у металлического кольца по краю сосуда наблюдается появление твердого олова (рис.3).

 

Рис.3. Вихревое движение электропроводной жидкости и образование твердой фазы металла по краю сосуда.

На рис.3 изображены: 1 - сосуд, в котором находится расплавленный металл 2 - олово, 3- спиральная катушка, по которой пропускается электрический ток, 4 - металлическое колцо, подключенное к источнику тока, 5 - электрод, подключенный к источнику тока, 6 - твердый металл.

Таким образом отчетливо фиксируется появление градиента температуры между центральным и периферийным электродами. При полярности приложенного напряжения такой, как показано на рис.2, в зоне "полюса" раплав затвердевает, а в зоне "экватора" происходит увеличение температуры. При смене полярности, такой как показано на рис.3, в зоне "полюса" твердая фаза расплавляется, а в зоне условного "экватора" происходит образование твердой фазы. Это же наблюдается при изменении направления протекания тока и при неизменной полярности магнита. При одновременном изменении направления тока и магнитного поля направление вихревого движения остается неизменным. При этом неизменным остается и направление теплового потока.

Эти эксперименты послужили основанием предположить, что наблюдаемые в них физические эффекты, могут лежать в основе механизма вращения Земли. Возникающий градиент температуры, наблюдаемый в эксперименте, имеет аналогию с наличием низких температур в полярных зонах Земли.

Мы считаем, что в основе образования вечной мерзлоты на Земле и низких температур в полярных зонах Земли лежит рассмотренный выше температурный эффект. В рассмотренном эксперименте магнитное поле имеет такое же направление, как и направление магнитного поля Земли. Вращения электропроводной жидкости имеет такое же направление, что и направление вращения Земли. Остается выяснить, где же та батарея, которая своим "плюсом" подключена к земным полюсам, а "минусом" к экватору и есть ли такая батарея? Оказывается, такая “батарея” существует в космосе. Она и заставляет Землю вращаться.

3. Солнце заряжает космическую батарею, батарея вращает Землю

Для подтверждения сказанного выше воспользуемся результатами космических исследований. Если рассмотреть Землю и ближний космос, то можно увидеть следующее (см. рис.4). Земля находится в потоках солнечного ветра, который представляет собой в основном поток протонов и электронов. В 1958 году был открыт радиационный пояс Земли. Это огромная зона в космосе, охватывающая Землю в области экватора. В радиационном поясе основными носителями зарядов являются электроны. Их плотность на 2 - 3 порядка превышает плотность других носителей зарядов.

Рис.4. Распределение электрических зарядов в приполярных и в приэкваториальных областях Земли.

Солнечный ветер проникает в околоземное пространство через каспы, в зонах полюсов (показано жирными стрелками). В полярных зонах преобладают протоны. Распределение электрических зарядов в приполярных и в приэкваториальных областях Земли приводит к тому, что в космосе у Земли есть огромной мощности батарея. Ее "плюс" находится в зонах северного и южного полюсов, а "минус" в зоне экватора. На рис.4 мы видим полную аналогию с проведенным экспериментом, показанным на рис.2. В нашем эксперименте "плюс" подключен в точке прохождения условной оси вращающейся жидкости. Для электрического тока от космической батареи цепью является атмосфера Земли и сама Земля от полюсов к экватору. В таком же направлении протекает ток в жидкости в условиях нашего экспермента (рис.2). Как и в эксперименте (рис.2) наблюдается понижение температуры в зоне оси вращения электропроводной жидкости, так и в зоне земных полюсов наблюдаются низкие температуры. Находит объяснение противоречие: почему тепловой поток, идущий от центра Земли к ее поверхности, не в силах справиться с вечной мерзлотой? Причина этого состоит в том, что большой вклад в образование зон холода на Земле вносит температурный эффект, описанный в [2] и продемонстрированный на рис 2.

Для убедительности приведем описание еще одного эксперимента, более близкого к реальным условиям, в которых находится наша планета. Этот эксперимент показан на рис.5.

Эксперимент №2. В воду с примесью солей опущен намагниченный шар, установленный на ось, который имеет возможность вращения. Шар намагничен так, как показано на рис.5. Шар моделирует Землю. Вода с примесью солей моделирует электропроводную атмосферу. При подключении положительного электрода к оси, а отрицательного электрода к электропроводной жидкости наблюдается вращение шара так, как показано на рис.5. При смене полярности, направление вращения шара изменяется на противоположное. Измерения температуры показали понижение ее в зоне оси шара при приложении положительного ("+") потенциала к оси и, соответственно, повышение температуры в зоне оси шара при обратной полярности. Одновременно фиксируется изменение температуры в зоне условного экватора.

Рис.5. Вращение намагниченного шара в электропроводной жидкости.

На рис.5 изображены: 1 - сосуд, 2 - электропроводная жидкость, 3 – металлический диск, 4,5 – намагниченные полушария, 6 - ось, 7 – электрод, 8 – подшипник, 9 - электрод.

При полярности источника питания такой, как это показано на рис.5, видим, что этот эксперимент хорошо моделирует вращение Земли. И вращение электропроводной жидкости, и понижение температуры в зоне расположения оси вращения, очень похоже на то, что наблюдается в земных условиях. Это, на наш взгляд, наглядная модель для изучения вращения Земли.

Мы считаем, что за образование ледяных покровов в полярных зонах, за вечную мерзлоту и за вращение Земли отвечают описанные в [2] и продемонстрированные в экспериментах физические эффекты. Следует отметить, что появление низких температур в полярных зонах, возникающих от действия описанного физического эффекта, маскируется низкой солнечной радиацией в этих зонах. Мы считаем, что эти два фактора действуют совместно. При этом один из факторов – солнечная радиация, учеными учитывался, а о существовании другого никто не подозревал.

Эксперимент №3.Если положительный электрод подключить к оси шара, а второй (отрицательный) электрод поместить в воде в ближнюю зону намагниченного шара в северном полушарии, то в зоне второго электрода фиксируется активное локальное вихревое движение жидкости, напоминающее циклон или торнадо.

На рис.6 представлен этот эксперимент. На рис.6 изображены: 1 - сосуд, 2 - электропроводная жидкость, 3 – металлический диск, 4,5 – намагниченные полушария, 6 - ось, 7 – электрод, 8 – подшипник, 9 – электрод, 10 – изолятор, 11 – вихрь.

Рис.6. Вращение намагниченного шара и возникновение локального вихревого движения жидкости, напоминающего циклон в северном полушарии.

Направление вихревого движения жидкости полностью соответствует вихрям циклонов в северном полушарии. При этом одновременно с таким мини-циклоном наблюдается вращение намагниченного шара.

Эксперимент №4. Если второй (отрицательный) электрод поместить в ближнюю зону намагниченного шара в южном полушарии, в зоне электрода также фиксируется активное вихревое движение жидкости (рис.7).

На рис.7 изображены: 1 - сосуд, 2 - электропроводная жидкость, 3 – металлический диск, 4,5 – намагниченные полушария, 6 - ось, 7 – электрод, 8 – подшипник, 9 – электрод, 10 – изолятор, 11 – вихрь.

Наблюдается вихревое движение, в котором направление вращения полностью соответствует вихрям циклонов в южном полушарии (рис.7). При этом одновременно с появлением мини-циклона наблюдается вращение намагниченного шара.

Рис.7. Вращение намагниченного шара и возникновение локального вихревого движения жидкости, напоминающего циклон в южном полушарии.

Эксперимент №5. Если второй электрод поместить в воде в зоне экватора (рис.8), то в зоне электрода не наблюдается вихревого движения жидкости. Наблюдается безвихревое движение жидкости вдоль экватора. При этом одновременно наблюдается вращение намагниченного шара. На рис.8 изображены: 1 - сосуд, 2 - электропроводная жидкость, 3 – металлический диск, 4,5 – намагниченные полушария, 6 - ось, 7 – электрод, 8 – подшипник, 9 – электрод, 10 – изолятор.

Рис.8. Вращение намагниченного шара и возникновение безвихревого движения жидкости в зоне условного экватора.

Эксперимент №6. Если первый (положительный) электрод подключить к оси шара, а два вторых (отрицательных) электрода поместить в ближнюю зону намагниченного шара одновременно в северном и южном полушарии, как это показано на рис.9, то в зонах вторых электродов фиксируются вихревые движения жидкости в противоположных направлениях. Наблюдаются вихревые движения жидкости, в которых направления вращений полностью соответствует вихрям циклонов в северном и южном полушариях. При этом одновременно с появлением мини-циклонов наблюдается вращение намагниченного шара.

На рис.9 изображены: 1 - сосуд, 2 - электропроводная жидкость, 3 – металлический диск, 4,5 – намагниченные полушария, 6 - ось, 7 – электрод, 8 – подшипник, 9 – электроды, 10 – изоляторы, 11 - вихри.

 

Рис.9. Вращение намагниченного шара и возникновение локальных вихревых движений жидкости, напоминающих циклоны в северном и южном полушарии.

Если плавно перемещать электрод в ближней зоне магнита от экватора к полюсам, то заметное вихревое движение жидкости начинает появляться где-то в зоне седьмой-десятой параллели (если условно проводить аналогию с Землей). При дальнейшем перемещении к полюсам интенсивность мини-циклонов возростает.

4. Причины возникновения циклонов, тайфунов, торнадо

Описанные выше эксперименты имеют много аналогий с Землей. Как известно, в экваториальной зоне Земли никогда не бывает тайфунов, смерчей и циклонов. Тропические циклоны появляются в зонах не ближе 50 от экватора. Ветры в циклонах в северном полушарии дуют против часовой стрелки, а в циклонах в южном полушарии дуют по часовой стрелке. В этом проявляется полное совпадение с проведенными экспериментами. Направления ветров в циклонах против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии традиционно объяснялось влиянием отклоняющей силы Кориолиса, возникающей при вращении Земли [3,4]. Отсутствием силы Кориолиса на экваторе соответственно традиционно объяснялось отсутствие циклонов в зоне экватора.

Мы специально проверили на наших моделях, насколько справедливы такие утверждения. Мы искуственно затормаживали и полностью останавливали нашу маленкую "Землю" при проведении эксвпериментов. Вихри по-прежнему наблюдались в верхней половине шара и внижнем полушарии. При этом ни их интенсивность, ни их направление вращения никак не зависели ни от вращения намагниченного шара, ни от его остановки. В зоне условного экватора, при заторможенном намагниченном шаре, движение жидкости параллельно экватору оставалось таким же, как и при вращении шара.

Мы считаем, что в механизме образования циклонов, торнадо, смерчей основной вклад вносит не кориолисова сила и конвекционные потоки воздуха, а электрические токи в атмосфере и магнитное поле Земли. Сила Кориолиса также проявляется, но она не является единственной и основной. Однако кориолисову силу традиционно считали единственной в то время как она лишь маскирует тот физический эффект, который играет основную роль. Эти два фактора действуют совместно. При этом один из факторов - силу Кориолиса, ученые учитывали, а о существовании другого фактора никто не подозревал.

В то же время, еще в 1908 Биркеланном были обнаружены в полярных зонах сильные электрические токи, направленные к Земле. Их называют авроральными электроструями. Затем были обнаружены и экваториальные электроструи. Мы считаем, что при протекании токов в электроструях в условиях существования магнитного поля Земли возникают названные атмосферные явления - циклоны, смерчи. Мы считаем, на основании приведенных модельных экспериментов, что основные явления в атмосфере, происходят от влияния "космической батареи", образованной отрицательным зарядом радиационного пояса Земли и положительным зарядом приполярных космических зон в условиях магнитного поля Земли (рис. 4). Эта же "космическая батарея" вращает Землю. Мощность космической батареи огромна. Ее постоянно заряжает солнце своим солнечным ветром. После вспышек на солнце заряд "космической батареи" возростает, что приводит к колебаниям скорости вращения Земли.

Этот же механизм вносит значительный вклад в образование зон холода в полярных областях. Этот же механизм вносит основной вклад в образование и поддержание вечной мерзлоты. Этот же механизм приводит к образованию циклонов, вихрей, смерчей. В основе всех перечисленных явлений лежат описанные в [2] физические эффекты. Как видим, и вращение планеты, и возникновение полярного холода, и появление вечной мерзлоты, и образование вихрей, циклонов, торнадо, и температурные эффекты в циклонах и смерчах обусловлены единым механизмом. Все это - результат действия обнаруженных интегральных электромагнитогидродинамических и термических эффектов.

5. Некоторые предположения.

Если считать, что для Земли проявляется такой же температурный эффект, как в нашем эксперименте, то в зоне земной оси должно наблюдаться понижение температуры. Это должно приводить образованию твердой фазы в жидком ядре Земли. Внутри жидкого ядра по земной оси должен располагаться твердый керн, который должен иметь приблизительно такую форму, как это показано на рис.9.

Рис.10. Твердый “керн” в расплавленном ядре Земли.

Поэтому, на наш взгляд, Земля имеет несколько иное внутренне строение, вопреки тому, как принято считать. Мы считаем, что расплавленное ядро планеты пронизывает твердый керн в направлении от одного полюса к другому. Наличие твердого керна приводит к тому, что расплавленная ядро Земли, по нашему предположению, имеет не шарообразную форму, как это принято считать, а форму близкую к форме тора.

По нашему мнению, для проверки этого предположения можно провести исследования различий распространения сейсмических волн вдоль земной оси и поперек ее.

И еще несколько предположений. Как известно, примерно каждые 500 тыс. лет на Земле происходит смена полярности магнитных полюсов. Северный и южный магнитные полюсы планеты меняются местами. Согласно нашим экспериментам, если произойдет смена магнитных полюсов, то это приведет к перераспределению температур на Земле. В результате повысится температура на полюсах и понизится на экваторе. Как следствие - исчезнут полюса холода. Ледяные шапки планеты растают. Климат станет умеренный по всей планете. Полярные зоны будут прогреваться за счет проявления описанного в [2] температурного эффекта, а температуру в экваториальной зоне будет снижать этот же эффект, действуя против солнечной радиации. Поменяются направления вращения циклонов. Циклоны в северном полушарии будут иметь вращение по часовой стрелке, а в южном против часовой стрелки. Твердое субъядро планеты и наш предполагаемый керн полностью расплавятся. Но самое главное, поменяется направление вращения Земли! Солнце остановится, потом пойдет вспять и станет всходить на западе, а заходить на востоке.

Список литературы

Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии, М., Наука, 1983.

Косинов Н.В. Физический вакуум и гравитация. Физический вакуум и природа, N4, 2000, с.55 - 58.

А.В.Бялко. Наша планета - Земля. Библиотечка "Кванта" вып. 29, М., Наука, 1989.

Р.Скорер. Аэрогидродинамика окружающей среды, М., Мир, 1980.