地球的磁场怎么产生的,强度有多大? 地球磁场强度有多大？
传统的观点认为,地磁场是由地球内部的铁质物质形成的.有的科学家甚至十分肯定地说,地球有一个铁质的地核,有许多科普文章也是如此解释的,这真是无稽之谈.
为了说明这一点,我们不妨回顾一下居里夫妇的研究成果.我们现在所见到的铁磁质是铁的化合物或铁与其它物质的混合物,它们的特性虽然与地磁场极其相似,但绝对不是地磁场成因.因为居里夫妇的实验证明,铁磁质在770℃(居里温度)的高温中磁性会完全消失.在地层深处的高温状态下,铁会达到并超过自身的熔点呈现液态,决不会形成地球磁场.
法国科学家安培在一百多年前就已揭示了"磁现象的电本质",事实上人们早就应该明白地磁场的产生必然是与电现象有本质联系的.
按照物理学研究的结果,高温,高压中的物质,其原子的核外电子会被加速而向外逃逸,所以,地核在6000K的高温和360万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来,地幔间会形成负电层.
按照麦克斯韦的电磁理论,可以总结出这样一句话:电动生磁,磁动生电.所以,要形成地球南北极式的磁场,必然需要形成旋转的电场,而地球自转必然会造成地幔负电层旋转,即旋转的负电场.
磁场由此而生.
然而,这会不会使人们陷入"先有鸡还是先有蛋"的困惑之中呢 也就是说,磁场,电流和旋转,这三个基本条件,哪一个是先产生的呢
这里没有牛顿说的"上帝的第一次推动",那么,是什么原因导致了康德所说的"第一次起动"呢
这第一次起动,可以理解为第一次激发(激磁),这种激发来源于三个渠道:一是另一个星体磁场的影响;二是另一颗星体电场的影响;三是撞击造成的旋转.
只要有这三个条件中的任何一个,轴对称的磁场和稳定的自转就被启动了.在这三个条件中,第一条是主要的.从多年的实践来看,地球磁场受到太阳磁场的影响是很大的,地球的磁极与南北极不重合现象,就是太阳磁场对地球的第一次激发造成的,因为地轴与赤道面存在着一定的倾斜角度.
天文学发现天王星的磁场不是两极对称的,而是弯曲的,如果这是真实的,也可以说明它受到了另一个磁场"太阳磁场"的影响.其原因与它的运行姿态密切相关,它是"躺"在公转轨道上运行的,太阳磁场的影响使它的磁场发生了弯曲.
地核中大量电子的逃逸必然使地内存在定向的电流,这可以用左手定则来断定:让地磁N极(地理南极)的磁力线穿过手心,拇指指向地球旋转的方向(由西向东),其余四指所指的方向就是电流的方向.由此可以看出,这个电流的方向是从地表指向地心的,由于电流的方向是电子运动的反方向,所以,可证明现阶段正有电子从地球深处向外逃逸.地球内部磁场根据右手定则来判断是个两端开口的椭圆蛋壳形状.
但是,地球内外挤压的过程不是永恒的,挤压的结果是达到原子核间斥力和正负电场引力的平衡.当挤压过程结束时,电流消失,自转驱动力会消失,地磁场也将消失,太阳发射出来的各种射线会直达地表,密集的正电粒子对电子的中和作用将进一步增强,使地幔层的电子减少,负电场减弱.这必然使地心的压力减小,引力将会变小,地球的"腰围"也必然会变粗.当地核的斥力占有绝对优势时,地球将会进入膨胀期,地幔层的电子会回流向地心,如果此时地球仍存在一定的自转惯性,那么,地磁场的方向会发生变换;如果此时的地球已完全停止自转,那么,还有可能是磁场的方向不变而改变的是自转的方向.因此,有两种结果产生:要么地磁反转,要么自转反向.
"地磁反转"学说对此提供了可*的依据——近年来,许多地质学家一致认为在过去的7600万年中地磁至少反转过171次.因为许多国家已经从地质勘测中查到了地磁反转的证据.
法国和美国的科学家通过10Be分析法证实地磁场发生过逆转.地球上的Be(铍)元素都是以稳定的9Be存在的,如果有10Be存在则与地磁场消失有关,地磁消失时,磁层和电离层消失,宇宙射线中的高能粒子会直达地表,在它们的轰击下,氮氧等元素会发生裂变反应,产生7Be和10Be.7Be的半衰期很短,将很快消失,而10Be的半衰期却很长,找到10Be就等于找到了磁极反转的证据.七十年代,科学家在大西洋海底4731米深处发现了较高浓度的10Be,相应的地质年代为70万年,从而证实,在70万年前有过一次地磁反转.
——地磁反转,正是地电流的反向流动造成的.
乌克兰专家们也探测到,地球磁通量数值在最近200年里大大减小,按现有的速度递减,再过1000年地球的磁通量将降至零值.
英国地质观察中心阿兰·汤普森教授指出,地球磁场在历史上不止一次曾消失过,地球磁极的变换是这种现象的结果.有的科学家推断,地磁场发生逆转前,磁力急剧减弱,直至消失,其后约需1万年时间磁力强度才逐渐回复,但磁极方向却完全相反了.
这真是一项重大发现.
可以肯定,地磁变换的周期将越来越长,直到最终停止,成为一颗死行星.
如果仔细分析地磁产生的原因,人们就会明白,磁极变换和电子运动方向的改变是密不可分的两个现象,而这个过程是个耗能的过程,周期逐渐变长显然是不奇怪的,总有一天这个过程会完全终止,而使地球成为一颗没有电磁活动的死行星.
对于人类和所有生物来说,地磁变换是灾难性的.地磁消失后,太阳的各种射线都会直达地表,强烈的辐射会使动植物发生变异生长.当地磁变换后,地内电子回流的速度远远超过挤压时的逃逸速度,而且电流强度也比逃逸电流的强度大得多,这使地磁场的磁通量增加至现阶段的几倍甚至几十倍,较强的电流和磁场会给地球自转以强大的动力(安培力),地球将以极快的速度自转,地壳会被离心力扯裂,体积将增加至现阶段的数倍甚至数十倍.
由于负电场力的减弱,地球在太阳磁场中受到的洛仑兹力将会减弱,磁极反转使地球磁场与太阳磁场相排斥,公转轨道将向日外偏离,它将加入"外行星"的行列,这种现象将维持到下一次磁极变换.
因此,地球磁极的变换是人类面临的最大的威胁。
地球磁场言是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，使它的Ｎ极大体上对着南极而产生的磁场形状。当然，地球中心并没有磁铁棒，而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
地球磁场不是孤立的，它受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。
因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。
地球磁层位于地面600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。
1967年发现，在中性片两侧约10个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时，等离子片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力线向地球极区沉降，于是便出现了千姿百态、绚丽多彩的极光。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。
地球磁层是一个颇为复杂的问题，其中的物理机制有待于深入研究。磁层这一概念近来已从地球扩展到其他行星。甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。
形成的原因
通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由于地球核心物质受到的压力较大，温度也较高，约6000°C，内部有大量的铁磁质元素，物质变成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原子核的引力，变成自由电子，加上由于地核中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压力较低的地幔，使地核处于带正电状态，地幔附近处于带负电状态，情况就象是一个巨大的“原子”。
科学家相信，由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，使地层的导电率极高，使得电流就如同存在于没有电阻的线圈中，可以永不消失地在其中流动，这使地球形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。另外，电子的分布位置并不是固定不变的，并会因许多的因素影响下会发生变化，再加上太阳和月亮 的引力作用，地核的自转与地壳和地幔并不同步，这会产生一强大的交变电磁场，地球磁场的南北磁极因而发生一种低速运动，造成地球的南北磁极翻转。
太阳和木星亦具有很强的磁场，其中木星的磁场强度是地球磁场的20至40倍。太阳和木星上的元素主要是氢和少量的氦、氧等这类较轻的元素，与地球不同，其内部并没有大量的铁磁质元素，那么，太阳和 木星的磁场为何比地球还强呢？木星内部的温度约为30000°C左右，压力也比地球内部高的多，太阳内部的 压力、温度还要更高。这使太阳和木星内部产生更加广阔的电子壳层，再加上木星的自转速度较快，其自 转一周的时间约10小时，故此其磁场强度自然也要比地球高的强。
事实上，如果天体的内部温度够高，则天体的磁场强度与其内部是否含有铁、钴、镍等铁磁质元素无关。由于太阳、木星内部的压力、温度远高于地球，因此，太阳、木星上的磁场要比地球磁场强的多。而火星、水星的磁 场比地球磁场弱，则说明火星、水星内部的压力、温度远低于地球。
关于地球磁场的形成原因，一种关于地球磁场成因的假说认为：地球磁场的形成原因和其它行星的磁场的形成原因是类似的，地球或其它行星由于某种原因而带上了电荷或者导致各个圈层间电荷分布不均匀。这些电荷由于随行星的自转而做圆周运动，由于运动的电荷就是电流，电流必然产生磁场。这个产生的磁场就是行星的磁场，地球的磁场也是类似的原因产生的。这个假说和各个行星磁场的有无和强弱现象符合的非常完美。
大到让你不会漂起来
地球磁场强度有多大？~
这个问题可以通过计算得到。北大的电磁学教材中有这个题目，用高斯定理解和一些有关数据就可以得到。那本书和数据以及计算过程我放在家里了，有时间一定给你找出来。从网上查得的资料显示地球表面磁场强度约5e-6特斯拉。
电场是光子流在宇宙不同空间的分布,由于光子密度分布不均匀,总会存在光子流的流向趋势,在光子流的方向上,存在光子能量密度,这个能量密度的本质就是电场,而光子流的流向趋势方向就是电场强度的方向.同时磁场与电场是相对应的,如果存在光子信息的变化,也就存在光子流的时间梯度,也可以说只要电场强度在某一时刻不断变化,存在电场强度的变化率,就会存在磁场,方向是光子流的纵向梯度方向.
由于所有物质在存在的时候,都要不断地吸收物质以外,环境中的光子信息,同时发出具有自己特征的光子信息,总会存在吸收与发出的不平衡,存在光子流的流动趋势方向,也就是说任何物质在它存在的时候,在它周围总会,或多或少存在电场这种物质,在星体的周围,更是这样；不过,在我们周围的宏观物质中,由于物质质量不算大,吸收与发出光子信息的差不大,对电场的性质表现不强,只有物质性质发生了根本的变化,带上正电,或是带上负电,在这种物质周围存在电场的情况更明显一些,具有电场性质的物质才更强一些,可以让人们测量观察.
一般的物体在不带电的情况下,不显示电场的属性,但是对于星体这样巨大的物体来讲,无论是带电,或是不带电,由于存在吸收与发出的光子信息不平衡问题,这种差异性,对人类这类质量的物质来讲,到了不可忽略的程度,也就是说对外表现出的电场的性质较为明显,不得不进行讨论；但是这里只讨论电场存在之后,由于星体要公转与自转,星体周围的电场是要变化的,也就是说在某一个位置上,光子流是随时间变化的,这种变化是在一定时间内存在方向与大小的变化,也就是说在星体中,只要存在光子信息的吸收与发出的不平衡性,星体周围就会存在电场,由于星体的运动,在星体周围就会存在磁场.对地球来讲也是同样的道理,由于吸收与发出光子信息的平衡,在一定时间内是以吸收光子信息为主,表现为负电荷；在一定的时间内以发出光子信息为主,表现为正电荷.在人类现在所处的年代里,地球是以吸收光子信息为主,表现为负电荷,由于地球自转和公转,产生了地磁场.下面就两种物理模型计算地磁场的大小.
在光子信息理论中,物质间的相互作用力,并没有多么复杂,所有物质间的相互作用力,都是一个物体发出的光子信息,被另一个吸收后,与从环境中其它物质中吸收光子信息的能量进行比较而来的.电场力与物质间的万有引力,并没有多少差别,都是由于吸收发出光子信息作用后的结果,牛顿万有引力定律是这样一种形式,库仑引力定律,是这样一种形式,如果它们间存在必然联系,就是说物质在存在的时候,同样存在吸收光子信息与发出光子信息的差异,这种差异不是由于纯电荷引起了,是由于吸收光子信息不平衡引起的,但是从光子信息的角度来看,道理是一样的,为了找到万有引力与库仑引力间的关系,我们假定物质存在时,吸收与发出光子信息的不平衡性,与电荷电性是一致的,则物质质量为m的物体,存在时吸收光子信息与发出光子信息的差值,表现出的电荷量为q,其比例系数为, 也就是一千克物质,在空间存在的时候,由于吸收与发出某一个物体的光子信息,与吸收和发出环境的光子信息,有一种不平衡,这种不平衡,相当于的电量,相当于与带个电子的电量.按照这种计算,地球的质量为的电量,如果将地球看作一个导体,事实上地球就是一个导体,如果这些电量象我们以前认识的自由移动的电荷,这些电荷的电量都是分布在地球的表面上的,由于地球自转,在地球的外表面会产生地磁场,这种物理模型对地磁场的计算如下：
地球由于自转,地球表面上的面电荷密度
当地球以自转时,在地球上会产生磁感强度,将这个磁感应强度分为地球内部和地球外部,通过计算, 其中,是地球上电荷的电荷由于旋转而具有的磁矩,特别是在地球表面上,用两种方法计算出的地磁场强度是应该是相等的,特别是在地球的两极 .在今天的地磁场研究中知道这显然是错误的,因为地球两极的地磁场不到,原因有两个,第一,这么多电荷并不是自由电荷,而是地球吸收光子信息表现出来的物理量,并不会分布地球表面上,如果要建立物理模型的话,应该是将这些电荷均匀分布于地球这个球体,再进行地磁场的计算,才能更加接近于实际所测定的地磁场的数值；第二,计算数值的时候,是以太阳系为参照物,看着地球自转的,而在实际测定的地磁场的数值时,是相对于地球静止的.
为了进一步计算地磁场的数值,与实际测定的地磁场的数值地接近,我换一种物理模型,就是让地球显示的电荷量均匀分布于地球本身,用地球外面的地磁场强度计算公式,进行积分运算,看看两极的地磁场强度有多大.将地球看成是由一个个球壳组成,则这部分物质所带电荷量是,
由于在两极处,所以,这个球壳在两极产生的磁场为,其中是地球半径.
积分可得：
将地球质量,代入,计算得到,对待地球赤道上的地磁场强度的计算如下：
在赤道上就是说,如果地球所带的电荷量为正电荷,磁感应强度B的方向与磁矩的方向相反,如果地球所带的电荷量为负时,地磁场强度B的方向与磁矩的方向相同,或者说地球以吸收光子信息为主时,是相反的,以发出光子信息为主时,在赤道处B的方向与磁矩的方向相同.
这样在赤道处的地磁场磁感应强度
在地球的其它纬度上,地磁场的磁感应强度介于,之间,
但是在实际测量中,地磁场磁感应强度B没有这么大,通常在,这里有这么几个原因：
1 计算是以太阳系为参照物,就是随地球公转,同时不与地球自转,是以这种物理模型计算的结果.
2 而实际测量中是随地球一起自转进行的一种测量,这是两种数据.
3 计算中没有考虑空气存在对地球地磁场的影响,事实上这是一个不小的比例,空气的存在,如果随地球一起自转,正好减弱地磁场的磁感应强度B.
4 计算中没有考虑电离层的存在对地球地磁场的影响,事实上这又是一个不小的比例,我们知道电离层是带正电荷,它的存在,如果是正电荷随地球一起自转,同样会减弱地磁场的磁感应强度B,等多种因素,使得计算数据与实际数据间存在差别.
5 地球质量的分布并不均匀,在内部质量密度更大一些,巧合地是地球中心物质对表面贡献比较小,特别是地球内部,温度比较高,是以发出光子信息为主,表现为正电荷,由于地球自转会减弱地球表面上的磁场数值.
综合多种因素,出现误差是必然的.
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