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| 地球磁場 |
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中文名；地球磁場 外文名；The Earth magnetic field 概述；場言是偶極型的 簡介；不是孤立的，它受外界擾動的影響 形成原因；關於地球磁場成因的 磁極位置；磁北極,磁南極 |
地球磁場（the earth magnetic field）是指地球周圍空間分布的磁場。
偶極型，近似於把一個磁鐵棒放到地球中心，磁北極（N）極處於地理南極附近，磁南極（S）極處於地理北極附近。磁極與地理極不完全重合，存在磁偏角。
地球磁場屬於電磁場，是通過外核的電子隨地球自轉的電流效應（近似於電生磁）產生的磁場。[1]
簡介
地球磁場（the earth magnetic field）是地球周圍空間分布的磁場。它的磁南極大致指向地理北極附近，磁北極大致指向地理南極附近。磁力線分布特點是赤道附近磁場的方向是水平的，兩極附近則與地表垂直。赤道處磁場最弱，兩極最強。地球表面的磁場受到各種因素的影響而隨時間發生變化。
發展史
歷史上，第一個提出地球磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地球磁場與地球的關係，指出地球磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。
1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地球磁場的數學方法，從而使地球磁場的測量和起源研究都可以用數學理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，並沒有從本質上闡明地球磁場的起源。
科學家們已掌握了地球磁場的分布與變化規律，但是，對於地球磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。
關於地球磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨闢蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在着不同於現有已知理論的特殊規律。
屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在着等量的異性電荷，一種分布在地球內部，另一種分布在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地通過電與磁的關係解釋地球磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地球磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。
以地核為前提條件的地球磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，通過感應的方式而發生的。同時，電流自身形式的場就是連續不斷的再生磁場，好像發電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說明了怎樣實現地球磁場的再生過程，解釋了地球磁場有一定的數值。但是在應用這種模型的時候，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣通過圓形迴路而閉合的。此外，這個模型也沒有考慮到電流對渦旋運動的反作用，而這種反作用是不允許渦旋分布於平行赤道面的平面內的。
屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全面地解釋地球磁場的奇異特性。
關於地球磁場起源還有第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。
1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方面都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分布狀況都很複雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在着必然的依存關係。
因此上說，關於地球磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，對地球磁場的成因作出解釋。
組成
地球磁場由基本磁場、外源磁場和磁異常三部分組成。
基本磁場也叫正常場。占地球磁場的99%以上。基本磁場主要由地核內電流的對流形成．它是一種內源磁場。
外源磁場是起源於地球外部併疊加在基本磁場上的各種短期磁變化。主要有：與太陽黑子活動周期一致的磁變化；日變化，日變化與太陽輻射對高空電離層的影響有關；磁暴。
磁異常是地下岩礦石或地質構造受地球磁場磁化後，在其周圍空間形成併疊加在地球磁場上的次生磁場。
地球磁層
地球磁場（the earth magnetic field）不是孤立的，它受到外界擾動的影響，宇宙飛船就已經探測到太陽風的存在。太陽風是從太陽日冕層向行星際空間拋射出的高溫高速低密度的粒子流，主要成分是電離氫和電離氦。
因為太陽風是一種等離子體，所以它有磁場，太陽風磁場對地球磁場施加作用，好像要把地球磁場從地球上吹走似的。儘管這樣，地球磁場仍有效地阻止了太陽風長驅直入。在地球磁場的反抗下，太陽風繞過地球磁場，繼續向前運動，於是形成了一個被太陽風包圍的、彗星狀的地球磁場區域，這就是磁層。
地球磁層位於距大氣層頂600-1000公里高處，磁層的外邊界叫磁層頂，離地面5-7萬公里。在太陽風的壓縮下，地球磁力線向背着太陽一面的空間延伸得很遠，形成一條長長的尾巴，稱為磁尾。在磁赤道附近，有一個特殊的界面，在界面兩邊，磁力線突然改變方向，此界面稱為中性片。中性片上的磁場強度微乎其微，厚度大約有1000公里。中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向着地球，南面的磁力線離開地球。1967年發現，在中性片兩側約10個地球半徑的範圍里，充滿了密度較大的等離子體，這一區域稱作等離子體片。當太陽活動劇烈時，等離子片中的高能粒子增多，並且快速地沿磁力線向地球極區沉降，於是便出現了千姿百態、絢麗多彩的極光。由於太陽風以高速接近地球磁場的邊緣，便形成了一個無碰撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過渡區叫做磁鞘，厚度為3-4個地球半徑。
地球磁場的形成具有一定特殊性，按照旋轉質量場假說，地球在自轉過程中產生磁場。但是，從運動相對性的觀點考慮，居住在地球上的人是不應該感受到地球磁場的，因為人靜止於地球表面，隨地球一同轉動，所以地球上的人是無法感覺到地球自轉產生的磁場效應的。通常所說的地球磁場只能算作地球表面磁場，並不是地球的全球性磁場（又稱空間磁場），它是由地核旋轉形成的。地球的內部結構可分為地殼、地幔和地核。美國科學家在試驗中發現，地球內外的自轉速度是不一樣的，地核的自轉速度大於地殼的自轉速度。也就是說，地球表面的人雖然感覺不到地球的自轉，但卻能感覺到地核旋轉所產生的質量場效應，就是它產生了地球的表面磁場。科學家在研究中還發現，地核的自轉軸與地球的自轉軸不在一條直線上，所以由地核旋轉形成的地球磁場兩極與地理兩極並不重合，這就是地球磁場磁偏角的形成原因。
參考來源