地球磁场(the earth magnetic field)是地球周围空间分布的磁场。它的磁南极大致指向地理北极附近,磁北极大致指向地理南极附近。磁力线分布特点是赤道附近磁场的方向是水平的,两极附近则与地表垂直。赤道处磁场最弱,两极最强。地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化。[1]

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。

科学家们已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。

关于地球磁场起源的假说归纳起来可分为两大类,第一类假说是以现有的物理学理论为依据;第二类假说则独辟蹊径,认为对于地球这样一个宇宙物体,存在着不同于现有已知理论的特殊规律。

属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷,一种分布在地球内部,另一种分布在地球表面,电荷随地球旋转,因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地球磁场的成因。但是,这个假说却有一个致命缺点,首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的;其次,地球负载的电荷并不多,由它产生的磁场是很微弱的,根据计算,如果要想得到地球磁场这样的磁场强度,地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行,理论计算和实际情况出入很大。

以地核为前提条件的地球磁场假说也属于第一类假说,弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成,应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时,通过感应的方式而发生的。同时,电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场,好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地球磁场的再生过程,解释了地球磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候,却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外,这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用,而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。

属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等,但这些假说都不能全面地解释地球磁场的奇异特性。

关于地球磁场起源还有第二类假说,这其中最具代表性的就是重物旋转假说。

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