地球磁场

地球磁场

在地球上任何地方放一个小磁针，让其自由旋转，当其静止时，磁针的北极（N极）总指向地理北极，这是由于地球周围存在着地球磁场。地球磁场有大小和方向，所以是矢量场。地球磁场分布广泛，从地核到空间磁层边缘处处存在。

地球磁场随时间变化的场，内源场引起的变化称为长期变化，主要有磁场倒转和地球磁场向西飘移。地球磁场每5000~50000年倒转一次，与现今磁场方向相同的磁场称为正常磁场（磁场从南极附近出来，回到北极），与现在磁场方向相反的称为倒转磁场，地质时期上出现过四个较大的倒转期，现今为布容正向期，历史上有松山反向期，高斯正向期和吉尔伯特反向期。

固体地球外部的各种电流体系引起的地球磁场变化称为短期变化，特点是变化快，时间短。短期变化又分为平静变化和扰动变化，其中平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化，扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。磁暴、钩扰、湾扰的发生与太阳活动有关，太阳活动频繁的时期，这些短期变化频繁发生，而且强度很大，变化剧烈。亚暴与极光有关。

历史上，第一个提出地球磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地球磁场与地球的关系，指出地球磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。

1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地球磁场的数学方法，从而使地球磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地球磁场的起源。

现在科学家们已基本掌握了地球磁场的分布与变化规律，但是，对于地球磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。关于地球磁场的起源，历史上曾有来自北极星的传说，但是到公元17世纪初就已经认识到地球本身就是一个巨大的磁体，不过当时仍不清楚地球磁场是怎样产生的。

地球磁场

2010年，一项研究显示，地球磁场形成于34.5亿年前。地球磁场形成的时间与地球上最初生命的形成时间相符，地球磁场的形成有效的避免了地球上最初的生命形态遭受太阳磁辐射的破坏。

有电荷在运动才会产生磁场，因此地球的磁场应该与地球内部的带电结构有关。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，自由电子趋于朝向压力较低的地幔，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，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，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。

地球磁场

随着科学的发展，对于地球磁场观测和地球结构的研究不断增多和深入，对地球磁场的起源先后提出了10多种学说。

最早提出的一种学说，认为地球内部存在巨大的永磁体，由这永磁体产生地球磁场，但后来认识到地球内部温度很高，不可能存在永磁体。

认为地球内部存在巨大的电流，形成巨大电磁体产生地球磁场，巨大电流会很快衰减，不会长期存在。

1900年提出，认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷，由地球自转而形成闭合电流，并产生磁场，但这种学说缺乏理论和实验基础。

1929年提出，认为在地球内部物质在超高压力下使物质中的电荷分离，电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场。但理论计算出这样的磁场仅有地球磁场的约千分之一。

1933年提出，认为地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场，但这种旋磁效应产生的磁场只有地球磁场的大约千亿分之一。

1939年提出，认为地球内部的放射性物质产生的热量，使熔融物质发生连续的不均匀对流，这样产生温差电动势和电流，由此电流产生地球磁场，但理论估计也同地球磁场不符合。

1946年提出，认为是地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流，由这电流产生地球磁场。

地球磁场

1947年提出，是根据少数天体观测得到的经验规律，认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩，因而产生磁场。这一学说需要使用一个无科学根据的常数，5年后又被提出这一学说的科学家根据精密的实验结果加以否定了。

1950年提出，认为在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转，会使原始微弱的地球磁场放大，由此产生地球磁场。

1954年提出，认为在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下，会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流，由此产生地球磁场。

1956年提出，认为由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后，会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流，由此产生地球磁场。在这些学说中，只有发电机学说（又称磁流体发电机学说）在观测、实验和理论研究上得到较多的证认，是研究和应用较多的地球磁场学说。

2006年提出，是唯一由中国人王金甲先生，根据分子、原子学，结合地震波提供的地球深处高清图像提出的学说。

地球磁场是保护人类免遭外太空各种致命辐射的生死屏障

地球磁场能够反射粒子流，把地球包围起来，使人类免受高速太阳风的辐射和伤害，为地球提供了一个无形的屏障。鸽子，蝙蝠和乌龟等大量动物都用地球磁场来导航。

科学家模拟太阳风与地球磁场相互作用时产生的北极光现象

参照词条：磁极翻转

大量的事实和证据表明，地球磁场的磁极曾经互换过。

地球磁场不是毫无变化的，它的强度与地磁极位置会改变。科学家发现，地磁极会周期性地逆反定向，这过程称为地磁反转。地球磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用，因而形成磁层。地球磁层并不是球状的，在面对太阳的一面，其边界离地心的距离约为七万千米（随太阳风强度的不同而变化）。

2009年6月29日，据美国媒体称，科学家研究发现，地球内部的地核正在改变为地球提供保护的磁场，这可能使卫星和其他航天器易于遭受高能辐射的破坏。

该研究发现，整个磁场的衰弱过程可能持续数百年，乃至数千年，但持续几个月的更小、更快速的波动可能会使卫星失去磁场的保护。德国地球科学研究中心的地球物理学家米奥拉·曼蒂(MioaraMandea)表示：“南大西洋已经出现了这些变化，这一地区的磁场最弱，仅为普通磁场的三分之一。”

美国科学家在地球与太阳之间的太空区域发现隐藏的“入口”，被称之为“X点”或者“电子扩散区”

2012年7月6日，美国宇航局宣布在地球磁场内发现隐藏的“入口”。这种入口被称之为“X点”或者“电子扩散区”，并非通往其他星系和行星，而是帮助运送来自太阳的磁性带电粒子。飞抵地球后，这些带电粒子会形成绚烂的极光，同时导致地磁暴。

参与此项研究的爱荷华州大学教授杰克·斯库德表示：“地球与太阳的磁场通过这些入口连接在一起，形成一条不受干扰的通道，直通9300万英里(约合1.5亿公里)外的太阳大气层。”由于“这些磁性入口不可见，不稳定并且难以捉摸”，因此科学家尚不清楚X点的真实身份。

这些入口与地球之间的距离在1万到3万英里(约合1.6万到4.8万公里)之间。2014年，美国宇航局将执行磁层多尺度任务(MMS)。这项任务将发射4颗探测器，环绕地球轨道，可用于锁定和研究X点。