Hiện vẫn tồn tại khá nhiều các giả thiết giải thích sự xuất hiện của từ trường Trái đất (TTTĐ). Có một giả thiết hợp lý hơn cả liên hệ sự xuất hiện của TTTĐ với các dòng chảy kim loại lỏng trong nhân Trái đất. Theo tính toán, người ta cho rằng, vùng chịu tác động của cơ
chế “Máy phát từ trường” nằm trong phạm vi khoảng cách 0,25 0,3 bán kính trái đất so với tâm trái đất [40]. Theo quan điểm đó người ta coi từ trường Trái đất như thể tạo bởi một thanh nam châm thẳng đặt giữa tâm Trái đất [40], xem hình 2.1.
Từ trường Trái đất đã được sử
dụng vào mục đích định hướng, dẫn đường từ thời Trung Hoa cổ đại, đó chính là chiếc La bàn đầu tiên do người Trung Quốc phát minh. Từ trường đã và sẽ tiếp tục được sử dụng vào việc định hướng nhờ các cực từ của Trái đất, nó có thể sử dụng để xác định vị trí của đối tượng [14, 19].
Đã từ lâu kim nam châm trên một trục quay hay trong chất lỏng luôn chỉ vào một hướng hoàn toàn xác định. Đó chính là hướng của vector cường độ từ
cực Bắc địa lý Trái đất cực Nam địa lý Trái đất cực từ Bắc cực từ Nam Lõi từ Hình 2.1 Từ trường Trái đất 11.50
trường của Trái đất. Nếu như ta dẫn mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục dọc của kim nam châm, thì vết của mặt phẳng thẳng đứng với mặt phẳng ngang địa phương được gọi là kinh tuyến từ. Từ trường Trái đất tại mỗi điểm trong không gian gần mặt đất được đặc trưng bởi 3 đại lượng: cường độ từ trường, độ lệch và độ dốc vector cường độ từ trường [40].
Với mục đích định hướng cho TBB, ta quan tâm nhất tới các giá trị góc của vector cường độ từ trường, đó là độ lệch và độ dốc của nó tại mọi điểm trên quỹ đạo chuyển động. Vector cường độ từ trường ta sẽ gọi đơn giản là vector từ trường (VTT).
Độ dốc đường sức từ trường được xác định bởi góc nghiêng giữa VTT và mặt phẳng ngang địa phương (mặt phẳng đạo hàng). Độ lệch từ trường được xác định bởi góc lệch giữa phương Bắc cực từ và kinh tuyến từ, tức là phương vị của VTT so với phương Bắc địa lý [20]. VTT có thể biểu diễn dưới dạng tọa độ đề-các thông thường [40]. Hình chiếu của nó lên mặt phẳng ngang địa phương (thông thường ta gọi là thành phần ngang của VTT) chỉ góc lệch của VTT so với phương Bắc địa lý. Hình chiếu đứng của VTT người ta gọi là thành phần đứng của từ trường, thông thường thành phần này người ta quan niệm như là nhiễu tạp trong phép đo từ trường và không được sử dụng.
Trong thực tế từ trường Trái đất có thể coi là bất biến theo thời gian. Chính vì vậy người ta đã lập ra bản đồ từ trường Trái đất cho các khu vực giống như bản đồ địa lý phục vụ cho công tác dẫn đường và định hướng. Ví dụ cho bản đồ từ trường thể hiện trên hình 2.2.
Cường độ từ trường Trái đất có giá trị khoảng 0,5 - 0,6 gauss và có một thành phần song song với bề mặt Trái đất và luôn luôn chỉ về một hướng cực từ Bắc. Đây chính là cơ sở cho tất cả la bàn từ sử dụng để dẫn đường và định hướng.
Hình 2.2 Bản đồ từ trường Trái đất
Giá trị của từ trường theo các trục Hx và Hz sẽ có giá trị khác nhau nếu đo bằng la bàn từ trong dải từ 0 đến 360 độ, xem hình 2.3.
Như vậy nếu bằng cách nào đó ta đo được giá trị của từ trường theo các trục thì ta có thể hoàn toàn xác định được hướng của TBB và căn cứ vào tín hiệu đo được ta có thể điều khiển định hướng cho TBB. Việc đo các thông tin về từ trường Trái đất bằng các loại cảm biến từ trường có độ nhạy cao, độ chính xác cao chỉ mới xuất hiện trong thời gian gần đây trên cơ sở công nghệ tiến tiến cho phép ta thực tế hóa mong muốn trên.
Hình 2.3 Thay đổi từ trường trong mặt phẳng ngang XOZ
400 300 200 100 -400 -100 -200 -300 45 90 135 180 225 270 315 360 N E S W N X Z [µG]