地球是怎麼產生磁場的？

01-08

是因為地心流體運動么？

? 地球磁場成因是地球物理學重大理論難題之一，它與地球演化、地球內部能量和物質運動、天體磁場的成因等問題密切關聯。

? 幾百年來，這個題目一直吸引著許多科學家，他們曾先後提出過不少假說。

? 如旋轉磁效應、旋轉電荷、自由衰減電流，磁暴引起的電磁感
應、熱電效應、重物旋轉、繞結理論等等。

? 雖然這些假說都具有一定的意義，但卻沒有一種令人滿意的解釋地球的永磁性問題。

? 任何一種合理的地磁成因論，都必須從地球內部的結構和性質出發，能解擇地球磁場下述的一些現象:

? (1) 地球磁場在近地空間的形態，接近於一個中心磁偶極子磁場；

? (2) 地磁軸偏離地球自轉軸通常只是一個不大的角度，而且就大約10^6a的時間平均而言地磁軸與地球自轉軸相重合;
? (3) 地球磁矩大約為10^22一10^23A·m^2，而且在整個地磁場歷史中變化不大。地球磁場在地面上的強度約為0.5x10^-4T；
? (4) 地球磁場具有非偶極子磁場成分；
? (5) 地球磁場存在長期變化現象，並且可能具有10^2、10^3年和10^4年量級的一些分立周期；
? (6) 地球磁場會反覆發生倒轉；
? (7)地球磁場至少已存在10^9a。

? 大約在本世紀40一50年代，人們開始拋棄基於旋轉理論的各種地磁場成因的假說。

? 因為人們對於地球內部結構和物質成分的認識日愈深入，尤其是認識到地球液體外核的鐵鎳成分具有高的導電性能，為運動與磁場的相互作用創造條件，即是說承認地球內部存在電流，而電流產生感應磁場，形成地球磁場。這就是發電機學說。（如王昕妍所答）

? 地磁場的西向漂移現象，為運動狀態和運動量級的估計提供了可能。

? 磁場反向的事實，又豐富了發電機學說的內容，由穩態的液核發電機模式發展成非穩態的液核發電機模式。

? 這是目前被認為是最有希望的地磁起源學說。

?1 、發電機模式的基本構思

? 初步估計，要產生地球主磁場需要維持109A的電流。

? 這樣強大的電流又如何維持呢?

? 為說明這個問題，布拉德 (B.C.Bullard)和艾爾薩瑟(W，M·Elsasser)提出一個最簡單設想:

? 假設在某一時刻，液核中存在一個初始的微弱磁場
(稱為「種子磁場」），那麼，由於液核中導電物質的運動，就將在液核中產生感應電流(類似導體切割磁力線產生電磁感應現象)，這個感應電流反過來又產生一個磁場，疊加在原來的種子磁場之上。

? 在適當的條件下種子磁場可以被加強並保持在一個具有較高強度的穩定狀態，而這就是我們所觀測到的地球主磁場。

? 圖6.4.3是一個均勻發電盤模型，由相當於外核導體電流的：

圓盤①、金屬轉軸②、導體迴路③、電刷④ 構成。

? 設B0為「種子磁場」，當圓盤在磁場中旋轉時，將產生感應電動勢。

? 其電流經導線通過電刷彙集流經導體迴路，從而產生沿軸向的感應磁場B』，則空間總磁場B=
B』 +Bo。可以證明，當圓盤轉速ω=4/μ0aσ時(a為圓盤半徑，
σ為電導率)，磁場達到穩定。

? 但是，單盤發電盤模型的電流不會發生反向流動，即亦不能發生磁場反向。那麼，耦合發電盤可否產生反向磁場呢?

? 圖6.4.4是另一種設想。圖中A盤感應電流I1影響B盤轉動，B盤感應電流I2影響A盤轉動。

? 圖中給出電流隨時間變化，該電流的正向和反向變化，反映磁場極性的倒轉。

? 由此可見，磁場為零時，不等於說沒有電流，而是電流之和為零。

? 從圖可知，電流和為零對應於磁場極性倒轉處。

? 圖6.4.4中有關發電生磁的設想，雖然與地核內真實的發電生磁過程相差甚遠，但卻給我們以啟發，採用類似耦合系統是可以實現磁場倒轉的。

? 至於如何將這個模型推廣到球型的液態地核，作過一些嘗試，但至今也沒有完成。

?
2、能源問題

? 導體內部電流產生的磁場都要衰減，其自由衰減時間為

τ＝4πμσL^2

? 其中μ、σ、L分別為介質導磁率、電導率和介質尺度。

? 對於地核τ=3xl0^16s≈10^9a。

? 而古地磁研究表明，已經測定的最古老的磁性岩石，年齡為10^9a 。

? 從這個意義上講，地磁場在漫長的地質年代裡是穩定的；

? 但要維持這樣的磁場，就需要不斷提供能量，這就是能源問題。

? 換句話說，導體內部電流也會因為粘滯性等因素，自發地衰減以至停止。

? 因此，儘管目前對發電生磁的具體細節不清楚，也應該考慮保持電流即保持磁場的動力問題。

? 形象地說，除了地球自轉所起的作用外，看來應有一種機制在"攪拌"地核 (像混凝土攪拌機不停地攪拌灰漿)，以保持地核流體的運動。

? 目前已經提出三種有可能實現的能源。它們可以使液態地核保持充分地轉動和旋渦，以維持發電機的運轉和反運轉。這三種能源是:

? (1) 重力分異和物質相變等因素，使得地球的固態內核不斷擴大，相應地，使液態外核不斷縮小。

? 在這個過程中，要放出熱量，提供能量維持流體運動。

? 如果果真如此的話，在地球演化，即地球核的分異過程中，應該隨著分異作用減弱和結束，地磁場也將減弱和消失，這對於長達10x108a以上至今無衰退跡象的地磁場而言，是不可思議的。

? (2) 地核長壽命放射性元素放出熱能，液核物質受熱膨脹，從而產生對流。體積膨脹上升而受浮力作用所做功，為對流提供能量。

這種作用雖不可忽略，但也不應估計過高。

? (3)地幔與地核的自轉軸向運動差異，是一個不可忽視的因素。

? 經計算，所能提供的能量達10^10一10^11W。這個數值與外核內電磁流體運動所損耗的焦爾熱相當，因而被認為是最有希望的能量來源。

http://zhidao.baidu.com/question/28563748

法國科學家安培在一百多年前就已揭示了"磁現象的電本質",事實上人們早就應該明白地磁場的產生必然是與電現象有本質聯繫的.
按照物理學研究的結果,高溫,高壓中的物質,其原子的核外電子會被加速而向外逃逸,所以,地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環境中會有大量的電子逃逸出來,地幔間會形成負電層.
按照麥克斯韋的電磁理論,可以總結出這樣一句話:電動生磁,磁動生電.所以,要形成地球南北極式的磁場,必然需要形成旋轉的電場,而地球自轉必然會造成地幔負電層旋轉,即旋轉的負電場.
磁場由此而生.
然而,這會不會使人們陷入"先有雞還是先有蛋"的困惑之中呢也就是說,磁場,電流和旋轉,這三個基本條件,哪一個是先產生的呢
這裡沒有牛頓說的"上帝的第一次推動",那麼,是什麼原因導致了康德所說的"第一次起動"呢
這第一次起動,可以理解為第一次激發(激磁),這種激發來源於三個渠道:一是另一個星體磁場的影響;二是另一顆星體電場的影響;三是撞擊造成的旋轉.
只要有這三個條件中的任何一個,軸對稱的磁場和穩定的自轉就被啟動了.在這三個條件中,第一條是主要的.從多年的實踐來看,地球磁場受到太陽磁場的影響是很大的,地球的磁極與南北極不重合現象,就是太陽磁場對地球的第一次激發造成的,因為地軸與赤道面存在著一定的傾斜角度.
天文學發現天王星的磁場不是兩極對稱的,而是彎曲的,如果這是真實的,也可以說明它受到了另一個磁場"太陽磁場"的影響.其原因與它的運行姿態密切相關,它是"躺"在公轉軌道上運行的,太陽磁場的影響使它的磁場發生了彎曲.
地核中大量電子的逃逸必然使地內存在定向的電流,這可以用左手定則來斷定:讓地磁N極(地理南極)的磁力線穿過手心,拇指指向地球旋轉的方向(由西向東),其餘四指所指的方向就是電流的方向.由此可以看出,這個電流的方向是從地表指向地心的,由於電流的方向是電子運動的反方向,所以,可證明現階段正有電子從地球深處向外逃逸.地球內部磁場根據右手定則來判斷是個兩端開口的橢圓蛋殼形狀.
但是,地球內外擠壓的過程不是永恆的,擠壓的結果是達到原子核間斥力和正負電場引力的平衡.當擠壓過程結束時,電流消失,自轉驅動力會消失,地磁場也將消失,太陽發射出來的各種射線會直達地表,密集的正電粒子對電子的中和作用將進一步增強,使地幔層的電子減少,負電場減弱.這必然使地心的壓力減小,引力將會變小,地球的"腰圍"也必然會變粗.當地核的斥力佔有絕對優勢時,地球將會進入膨脹期,地幔層的電子會迴流向地心,如果此時地球仍存在一定的自轉慣性,那麼,地磁場的方向會發生變換;如果此時的地球已完全停止自轉,那麼,還有可能是磁場的方向不變而改變的是自轉的方向.因此,有兩種結果產生:要麼地磁反轉,要麼自轉反向.

謝要。要了親命了……

拋磚，請方家解讀。

引用：http://baike.baidu.com/view/169144.htm

學術界對此問題似乎尚無定論，被認為最有希望解釋該現象的是自激發電機假說（dynamo theory）。1945年，埃爾薩塞提出，當液態的外地核在最初的微弱磁場中運動，像磁流體發電機一樣產生電流，電流的磁場又使原來的弱磁場增強，這樣外地核物質與磁場相互作用，使原來的弱磁場不斷加強。由於摩擦生熱的消耗，磁場增加到一定程度就穩定下來，形成了現在的地磁場。

學界尚無定論，搬運一下：

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/magearth.html

————————————————————————

地球是個伺服器啦，有電流就有磁場啊，我們都是代碼，也都有生物磁場。

地球磁場的成因其實很簡單。由於火山噴發或者燃燒，產生帶負電氫離子，因為密度小而上浮，形成大氣的電離層。電離層帶上了負電，在地球的自轉作用下，地球大氣層的外圍產生了電流【大量的電荷同向運動】。這電流是地球磁場的主要來源。有了地球磁場後，氣體在磁場中高速運動，更容易產生氫離子，大氣的電離層就會被強化。直到打雷閃電電離層的電荷才會被放電中和。

地球磁場的起源是地球內電子對受熱和擠壓而打開，其巨量磁線因排斥而逸出的結果。物理學實驗可以證實。我們可以做這個實驗。這個實驗的副產品之一是能找到磁單極子。

除了樓上講到的圓盤發電機，還有另一種發電機理論：運動學發電機。

（1）目的是尋找能產生穩定磁場或增長磁場的的速度場；

（2）實質是事先給定流場，問：在此流場中，初始磁場是隨時間減小呢，還是增長到無窮大？抑或保持不變？它不要求速度場滿足流體動力學方程，即不考慮磁場對速度場的反饋作用；

（3）極限——「快發電機」，即忽略磁場擴散效應，以確定通過發電機過程磁場建立的最快速率。

當然還有更多的發電機，比如渦流發電機、磁流體發電機、強場發電機、弱場發電機……

總而言之，發電機模型是目前公認的能較好解釋磁場起源的假說。

在發電機理論研究中，除了尋找發電機可能存在的條件外，也尋找發電機不可能存在的條件，即「反發電機定理」。

只有當流體和磁場足夠不對稱，速度和速度的旋度足夠大，自激發電機才能存在，這意味著並不是所有的流動形式都能維持發電機過程。

例如：純環形速度場不能維持極型磁場，軸對稱速度場不能維持軸對稱磁場。

其實是因為。。。。

，。。。。

。。，，。。

。？？。。。

，？！！。。？

。？！！？

地球磁場成因_廣義時空論吧
地球磁場=地球以太旋渦的力場梯度分布