1、 地球的磁场及起源摘要：我们一直生活在一个磁的世界，地球磁场的成因问题千百年来一直吸引着无数杰出的地质学家和物理学家。地球磁场倒转是一种存在性的地质现象，大陆漂移是一种假象。关键词：地磁场 角动量守恒定律正文：地磁学的发展经历了两千多年的历史,回顾这一漫长历史的四个主要阶段,地磁场的空间分布、地磁场起源、地磁场长期变化和西向漂移、磁极移动和极性倒转、地磁场与人类生存环境等,是地磁学的基本物理问题。千百年来，磁现象一直是科学家们不解的迷。最常见的磁现象莫过于磁铁对磁块的吸引。无论是小的U盘，还是数据存储磁盘，亦或是收音机、电话、微波炉还是电视机，生活无处不存在磁现象。自从1820年奥斯特发现了电
2、流的磁效应，到后来法拉第发现电磁效应，麦克斯韦给出电磁感应的数学公式，正是磁现象的一次次利用，带领人类走向新的纪元。为什么产生地磁场？人们为此提出了各种不同的假说，永久磁体提及双圆盘耦合发电机模型假说，却缺乏严密的数学推理。那么，谈到地磁场起源，就必须涉及到地球内部是否有电流存在。考虑到定向运动的电荷产生电流，所以核心问题就是探讨地球内部是否存在规律性运动的电荷。而这一存在性是众所周知的。考虑到地球自转公转，地球上存在有一些能量较高的带电粒子，称为能量子。自从 VanAllen 于半个世纪前发现辐射带以来，人们发现，能量子存在于地磁场各个区域和边界层。尽管在磁层中，这些能量粒子的数密度通常小于
3、低能等离子体，但它们却是地球磁层中一系列空间天气现象，如极光、磁层亚暴、磁暴、高能电子暴和磁层大振幅波动等出现的主要原因，是太阳风-磁层-电离层能量耦合与传输过程中的重要因素。磁场和哪些因素有关呢？和地球质量、半径、周围的星系有关系么？爱因斯坦曾把地磁场起源问题称作“五大物理学难题”之一，关于地磁场假说至少有十几种，比如地球是永磁体假说，旋转磁效应，旋转电荷效应，霍尔效应，亚磁效应假说等，均因为量级太小而先后被放弃，只有地球发电机理论还勉强使人信服。发电机理论需要三个条件：磁场，导体，运动，于是地磁学家把工作重心转移到地磁。而实验和经验告诉我们：地下 2900 公里深的地球外核便是流体，地核问
4、题保守估计 4000，压力 20000000 大气压，这样的高温高压物质应该是等离子体，而其他学科理论计算知地核流体的粘滞性比水大不了多少，于是，一个比月球大一倍，像太阳一样高温，像样流动，像超导体一样的高电导，这从直观上看是不太实际的。经过研究发现地磁场并不是恒定不变的，它的强度和时空分布都在不断变化。总结起来就是地磁场起源于地下 2900 公里深处以下的地核，地核与地表之间隔着导电的地幔，加上趋肤效应，地核处的剧烈变化很难到达地面，仅能观察其较长的周期，通常在 10 年以上，甚至 100 年，500 年。现代物理发现，地磁场在整体的向西漂移，西漂速度每年0.2%，除此之外，还以更小的速度北
5、漂。这又是为什么呢？这与地球的自身自转有关，地磁场旋转地优势轴在 20 世纪接近于赤道面，此后逐渐漂移。当该粒子的漂移频率与波的频率满足特定关系时，波的电场可以始终同粒子的漂移速度保持同一方向，从而使其获得稳定的加速与增能。从寝渐不变量理论的角度看，这种能量的改变来自于超低频波对粒子第三寝渐不变量守恒条件的破坏。我们利用Cluster 卫星的数据，首次直接观测到了超低频波与能量粒子之间的共振现象，并利用了其多颗卫星同时观测的特点，对超低频波与能量粒子共振的理论进行了检验和讨论。好的理解这些机制，揭示磁层能量粒子动力学与磁层空间天气如极光、磁层亚暴、磁暴、高能电子暴和磁层大振幅波动的关联，进而构建完整的磁层能量粒子图象，是我们今后长期努力的一个目标。对于地磁场的探究与开发需要新一代的我们做进一步的努力。我们要合理利用地磁场，以此期待地磁场会成我们以后的清洁能源之一。参考文献：1) 刘全稳、陈景山、沈守文大气海洋油气质点受力分析-成都理工学院学报2) http:/3) http:/ 安振昌.王月华查看详情期刊论文-地球物理学报 19995) 期刊论文徐文耀 地球磁场的物理问题 -物理 2004,33(8)
