Сила земного магнетизма действует, как не трудно понять, со всей интенсивностью в направлении, указываемом стрелкой наклонения, при этом может явиться вопрос, как велика эта сила в различных местах. Чтобы уяснить себе это, мы мысленно разлагаем эту силу на две: одну, действующую в горизонтальном, другую — в вертикальном направлении. Очевидно, именно горизонтальная часть силы заставляет стрелку принимать то или иное определенное положение. И определив эту часть силы — горизонтальную составляющую — как она называется — и зная одновременно наклонение, легко простым арифметическим действием найти общую силу — общую интенсивность. Для определения горизонтальной составляющей применяют два способа, или каждый отдельно или для контроля оба одновременно. Один способ заключается в том, что рядом с иглой компаса помещается магнитный брусок на определенном расстоянии. Наблюдают, на сколько градусов стрелка уклоняется от своего первоначального положения. Ясно, что чем слабее горизонтальная составляющая, тем больше колебания стрелки, и зная силу данного магнита, можно по углу колебания и расстоянию вычислить горизонтальную составляющую.
Другой способ состоит в наблюдении периода колебания магнитного бруска, подвешенного на нитке таким образом, что он может вращаться в горизонтальной плоскости. Когда магнит находится в покое, то он устанавливается под влиянием горизонтальной составляющей в направлении стрелки компаса. Если же вывести его легким толчком из положения равновесия, то он начинает качаться взад и вперед, и чем сильнее горизонтальная составляющая, тем быстрее он придет снова в спокойное состояние или, другими словами, тем короче будет время каждого колебания. Если знать силу колеблющегося магнита и установить, сколько секунд ему нужно на одно колебание, то можно вычислить горизонтальную составляющую.
Карта 3 дает нам представление о силе горизонтальной составляющей, выраженной в так называемых электрических единицах в различных частях земли. Каждая линия проходит через все пункты, где горизонтальная составляющая одна и та же. Можно заметить, что горизонтальная составляющая земного магнетизма уменьшается с приближением к магнитному полюсу. Само собой понятно, что поскольку земной магнетизм здесь, где наклонение равняется 90°, действует всей своей силой вниз, то он не может производить никакого действия в горизонтальном направлении.
Как ни различны все приведенные здесь карты, они все указывают на то, что магнитный северный и южный полюсы являются особыми точками на земной поверхности, и вполне очевидно, что магнитные наблюдения как раз в этих точках или в непосредственной к ним близости представляют величайший интерес для науки о земном магнетизме. Теория Гаусса не освещает всех вопросов, которые ставят перед нами явления земного магнетизма, но ее все время стараются уточнить собиранием по возможности исчерпывающих и точных наблюдений.
Работа экспедиции „Йоа“ была задумана с целью внести вклад в эту область.
Однако, трудности были значительны. Уже одно то, что горизонтальная составляющая, как мы слышали, становится с приближением к магнитному полюсу такой исчезающе малой, требует особой тщательности при определении как ее, так и склонения.
Инструментарий экспедиции „Йоа“ был подобран в соответствии с этим. Магниты, числом 14 штук, для горизонтальной составляющей были с особой тщательностью приобретены в Потсдаме. Определение наклонения можно было производить при помощи трех инструментов различной конструкции, а для определения склонения у нас было два различных инструмента.
К этому надо прибавить ряд саморегистрирующих вариационных аппаратов, а именно — три инструмента, устанавливаемых в постоянном положении в темном помещении, причем у каждого имеется магнитная стрелка; две из них подвешиваются на тонкой кварцевой нити, а третья колеблется на точно пригнанном подшипнике таким образом, что стрелки эти своими движениями указывают на самые незначительнейшие изменения: одна склонения (JII), другая — горизонтальной составляющей (JIII), а третья — наклонения (JIIII). Каждая стрелка снабжена зеркалом, отражающим свет от лампы на покрытый светочувствительной бумагой барабан (JI), который при помощи часового механизма совершает один оборот в течение суток. Отражаемый от каждой из трех стрелок свет падает на барабан на различной высоте и дает в результате темное пятнышко; но так как барабан с бумажной лентой вращается, то одно пятно переходит постепенно в другое, образуя одну темную линию. Таким образом на ленте, когда ее через 24 часа вынимают, получается три темных, довольно неправильных линии одна на другой, кроме трех прямых горизонтальных контрольных линий.