Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Величина магнитного склонения сильно различается в разных точках. В точке А склонение равно нулю. Углы х и у соответствуют расхождению в точках B и C

Силовые линии, выходящие вертикально вверх из одного полюса и снова стремящиеся к вертикальности при снижении ко второму, становятся более пологими, огибая Землю; в экваториальных областях они проходят параллельно ее поверхности. Изменяющийся угол наклона геомагнитного поля относительно поверхности Земли называется его наклонением[272]. Если установить магнитную стрелку так, чтобы она могла поворачиваться в вертикальной плоскости, то вблизи экватора она будет оставаться горизонтальной, но по мере приближения к одному из полюсов тот ее конец, который притягивается к этому полюсу, будет опускаться все ниже и ниже относительно второго конца.

Магнитное наклонение полезно с точки зрения навигации, но не дает однозначной информации. Оно последовательно увеличивается по мере приближения к любому из магнитных полюсов и уменьшается по мере приближения к экватору, но по нему нельзя определить, идет ли речь о Северном или Южном полюсе.

Другая важная характеристика геомагнитного поля – его сила, или напряженность. Эта величина достигает максимального значения вблизи полюсов и постепенно уменьшается по мере приближения к экватору. В направлении с востока на запад она также изменяется, но гораздо слабее (и менее регулярным образом). Ее абсолютные значения совсем не велики. Она измеряется в нанотеслах (нТл)[273] и составляет от 25 000 до 60 000 нТл – для сравнения можно сказать, что маленький сувенирный магнит для холодильника создает магнитное поле порядка 10 000 000 нТл.

Силовые линии, соединяющие северный и южный магнитные полюса

Напряженность магнитного поля Земли также в высшей степени неравномерна и непостоянна во времени. Каждый год, каждый день, каждый час и даже каждую минуту напряженность поля изменяется в разных местах совершенно непредсказуемым образом. Более протяженные во времени колебания («вековые вариации») порождаются все еще отчасти загадочными процессами, происходящими вокруг земного ядра, а более быстрые изменения, случающиеся в течение суток, связаны с электрическими процессами в ионосфере, вызванными воздействием на нее солнечных лучей. Также следует учитывать трехмерную структуру геомагнитного поля, так как его напряженность быстро падает по мере подъема над поверхностью Земли.

В связи со сложной и в высшей степени подвижной природой магнитного поля Земли любая двумерная карта градиентов его напряженности может давать лишь очень грубое приближение реальных значений в любой точке[274]. Намагниченные горные породы, случайным образом распределенные в земной коре, также порождают локальные флуктуации напряженности магнитного поля, которые могут подавлять фоновые меридиональные градиенты. Иногда такие локальные аномалии бывают настолько сильны, что мешают работе путевых компасов; поэтому места их расположения отмечают на морских картах. По всем этим причинам получить достоверную информацию о своем местоположении только из измерений напряженности магнитного поля весьма трудно[275].

Следует учитывать и еще один фактор. Время от времени, через нерегулярные интервалы, геомагнитное поле полностью переворачивается (происходит инверсия геомагнитного поля): северный полюс становится южным, а южный – северным. Последняя такая смена полярности произошла около 780 000 лет назад, но в более отдаленном прошлом случалось много других таких же «обращений поля». Мы знаем об этих событиях по окаменелым следам, которые они оставили в породах морского дна.

Такое обращение обычно занимает несколько тысяч лет, и в течение этого периода распад существовавшего ранее двухполюсного поля может сопровождаться возникновением причудливых многополюсных полей. Это было бы чрезвычайно неудобно с точки зрения прокладывания курса при помощи какого бы то ни было магнитного компаса.

Компас наклонения

Идея о том, что животные могут использовать в навигации геомагнитное поле, активно обсуждалась в XIX веке. Российский зоолог и путешественник Александр Миддендорф (1815–1894) высказал такое предположение в 1855 году; затем, в 1882-м, никому не известный француз по фамилии Вигье, живший в Алжире, исследовал возможности использования животными для ориентирования магнитного наклонения и напряженности магнитного поля[276]. Он прозорливо описал гипотетический эксперимент, в котором к голубям можно было бы прикрепить магнитные или немагнитные металлические бруски, чтобы проверить, как это скажется на их способности находить обратную дорогу к дому.