У практиці було помічено, що стрілка магнітного компаса не завжди встановлюється точно у напрямку Полярної зірки. Спершу це пояснювали помилками самого приладу. Але з часом стало зрозуміло, що справа не в компасі, а саме магнітне поле не завжди орієнтоване на північ. Воно спрямоване під деяким кутом до географічного меридіана, тобто, як почали говорити пізніше, може мати схилення.

Христофор Колумб, ведучи свої каравели до ще невідомих американських берегів, вперше встановив, що магнітне схилення не залишається постійним, а змінюється від місця до місця.

Це відкриття, що зіграло виняткову роль розвитку науки про земний магнетизм, ледь не коштувало життя самому уславленому адміралу.

Ось що сталося протягом кількох тижнів вересня і жовтня 1492 р. після того, як моряки іспанської експедиції, втративши цілий місяць на ремонт однієї зі своїх каравел, залишили гавань на Канарських островах.

…Попутний вітер гнав кораблі Колумба «Санта-Марія», «Пінта» та «Нінья» з несподівано великою швидкістю на захід (рис. 1). А в їхніх екіпажах, де було багато випадково набраних і навіть втікачів, назрівав бунт. І в цей тривожний час вони дізнаються: стрілка з невідомої причини набагато відхилилася від напрямку на Полярну зірку, а вона (так думали моряки) ж для того й існує, щоб завжди притягувати до себе намагнічену стрілку. Такого відхилення від північного напрямку ще ніколи не спостерігалося в показниках компаса, і забобонні матроси побачили в цьому ознаку неминучої загибелі.

Через тиждень плавання відхилення компасної стрілки досягло небаченої величини – більше румба! Страх охопив матросів. «Сам бог прокляв Колумба», – вважали вони і зажадали повернути кораблі на схід. Але Колумб виявив дивовижне самовладання і винахідливість: він переконав команду, що Північна зірка покинула точку, що зазвичай займала на небосхилі. Це трохи заспокоїло матросів. Але за два тижні «узаконене» схилення зникло, що знову розбурхало команду. Рятуючи своє життя і заповітну мрію знайти новий шлях до Індії, Колумб пообіцяв привести кораблі до мети через три доби. Інтуїція не обдурила великого мореплавця. Не минуло й доби, як пролунав тріумфальний вигук «Земля!».

Схиленню магнітного поля Землі після відкриття Колумба стали приділяти велику увагу, оскільки достовірні відомості про цей кут визначали значною мірою точність навігації кораблів.

Вчений-механік Георг Гартман з Нюрнберга виготовив довгу магнітну стрілку і встановив її на шпильку – вістря, на якому вона мала обертатися. Стрілка зайняла строго горизонтальне положення. Але щойно майстер її намагнітив, вона відразу ж відхилилася вниз північним кінцем. Не повіривши спочатку побаченому, він виготовив ще кілька стрілок, і що? Все повторилося. Чому це відбувалося, він пояснити не міг. Згодом з’ясувалося, що помічений Гартманом факт означав відкриття схилення магнітного поля Землі, тобто неминучий поворот вектора його індукції щодо горизонтальної площини на різних широтах.

У наступному столітті поряд зі схиленням подекуди вимірювалося і схилення геомагнітного поля. З 1785 р., коли видатний французький вчений Шарль Кулон запропонував метод визначення сили магнітного поля Землі, стали вимірювати і складові цього поля.

На рис. 2 показаний вектор індукції магнітного поля Землі B_T та його проекції В_х, B_Y, В_Z; В_X – проекція вектора B_T на вісь х, спрямовану на північ; B_Y – проекція цього вектора на вісь у, спрямовану на схід; В_Z проекція його на вісь z, спрямовану по вертикалі вниз. Тут же зазначена проекція В_H вектора B_T на горизонтальну площину, в якій лежать вісі х і у. Площина, що визначається векторами B_T і В_H, називається площиною магнітного меридіана. У площині географічного меридіана лежать, очевидно, вісі х і z, тому схилення D – це кут між площинами географічного та магнітного меридіанів. Схилення не що інше, як кут між вектором B_T і горизонтальною площиною.

Схилення D, нихил J, горизонтальна складова В_н, північна – В_х, східна – В_у, вертикальна – В_z називаються елементами земного магнетизму.

Достатньої сили магніт-диполь, поміщений у центрі Землі, створює на її поверхні магнітне поле, яке порівняно добре збігається з геомагнітним полем. Однак на основі формули Гауса було показано, що точніше це поле відтворюється, якщо такий магніт повернути на кут 11,5° щодо вісі обертання нашої планети, а ще точніше при зміщенні його на 450 км у бік Тихого океану.

Цікаво, що якби ми хотіли відтворити магнітне поле Землі за допомогою рукотворного магніту навіть із найкращих у магнітному відношенні сучасних марок сталі, то й тоді такий магніт мав би значні розміри – близько 2000 км у довжину і діаметром 250 км.

Точки перетину поверхні земної кулі з віссю згаданого вище зміщеного щодо земного центру магніту-диполя названі геомагнітними полюсами. У північній півкулі розташований Північний геомагнітний полюс, а в південній – Південний геомагнітний полюс, хоча розташування полюсів зазначеного магніту в цих півкулях протилежне.

Координати геомагнітних полюсів не збігаються з координатами географічних полюсів земної кулі, і, відповідно, геомагнітний екватор – лінія на поверхні Землі, для всіх точок якої схилення дипольного поля рівне нулю, – не збігається з географічним екватором.

На рис. 3 показаний хід магнітних силових ліній навколо земної кулі, а також положення векторів В₁ індукції геомагнітного поля та його проекцій у точці, що знаходиться на відстані R від центру Землі.

Проекції В_Z та В_H індукції дипольного поля, або поля однорідного намагнічування Землі, можна знайти за допомогою простих формул:

\[ B_{Z}=\mu _{0}\frac{M}{2\pi R^{3}}sin\varphi _{M}; B_{H}=\frac{M}{4\pi R^{3}}cos\varphi _{M} \]

де μ₀, – магнітна постійна, М – магнітний момент земної кулі, φ_м – геомагнітна широта, що відраховується від геомагнітного екватора.

З наведених двох формул легко знайти модуль вектора індукції поля однорідного намагнічування земної кулі:

\[ B_{T}=\sqrt{B^{2}_{Z}+B^{2}_{H}}=\mu _{0}\frac{M}{4\pi R^{3}}\sqrt{1+3sin^{2}\varphi _{M}} \]

Зв’язок схилення I такого поля з геомагнітною широтою φ_м легко знайти з відношення проекції В_Z і В_H:

\[ B_{Z}/B_{H}=tgJ=2tg\varphi _{M} \]

Ми вже говорили про геомагнітні полюси, координати яких визначаються обчисленнями. А ось координати магнітних полюсів, на яких схилення фактично вимірюваного магнітного поля Землі дорівнює +90 або –90 °, можуть бути отримані лише безпосередніми спостереженнями. Тому їх можна було лише «знайти». Аналогічно геомагнітний екватор обчислюється, а магнітний повинен бути «знайдений».

Північний магнітний полюс було відкрито 1831 р. англійським капітаном Джеймсом Кларком Россом у районі Канадського Арктичного архіпелагу на відстані близько 1000 км від Північного географічного полюса. Через десять років експедиція Джеймса Росса досягла району Південного магнітного полюса, розташованого поблизу узбережжя Антарктиди приблизно в 800 км від Південного географічного полюса. Вперше існування магнітного екватора встановив з допомогою дослідів відомий німецький натураліст Олександр Гумбольдт у 1799 р. під час своєї подорожі до Південної Америки.

На основі: Почтарев, В.И., Михлин, Б.З. (1986). Тайна намагниченной Земли. Москва : Педагогика, 112.