笔下文学

八 磁场（第2页）

电磁场

&romagicfield）是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

地磁场

地磁场（geomagicfield）是从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的早期认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。地磁的北磁极在地理的南极附近；地磁的南磁极在地理的北极附近。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极（磁性为N极）吸引着磁针的S极。这个解释最初是英国W。吉伯于1600年提出的。吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。这已为1839年德国数学家C。F。高斯首次运用球谐函数分析法所证实。

地磁的磁感线和地理的经线是不平行的，它们之间的夹角叫做磁偏角。中国古代的著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。

地磁场是一个向量场。描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁场总强度F，水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为H的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录H，D，Z或X，Y，Z。

近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马（γ），即1纳特斯拉。1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位，1高斯＝10^（-4）特斯拉（T），1伽马＝10^（-9）特斯拉＝1纳特斯拉（nT），简称纳特。地磁场虽然很弱，但却延伸到很远的空间，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，并且很微弱。

地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分，其强度约占地磁场总强度的90％，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的10％。地磁异常又分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达10纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外，变化磁场还有内源场。内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。将高斯球谐分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。根据变化磁场的内、外场相互关系，可以得出地球内部电导率的分布。这已成为地磁学的一个重要领域，叫做地球电磁感应。

地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学固体地球物理学的研究中都具有重要意义。

模拟地球磁场

电脑模拟系统破解地球磁场南北颠倒之谜

美国《国家地理杂志》发表文章解释了地球磁场"南北颠倒"的原因。1845年德国数学家卡尔·高斯开始记录地球磁场数据，与那时相比，今天的磁场强度减弱了近10%左右。而且这种势头还将继续。

电脑模拟系统"助阵"科学家说，这种现象并不罕见。在过去的数十亿年中，地球磁场曾多次发生翻转，这可以在地球岩石中找到大量证据。而他们在最近几十年中发展的电脑模拟系统，可以很好地演示这个翻转过程。美国加州大学的地球科学和磁场专家加里·格拉兹迈尔说："我们可以在岩石上看到翻转的情形，可是岩石不会告诉我们为什么。电脑模拟系统能说明这一切。"这一系统就是格拉兹迈尔和他的同事保尔·罗伯兹共同研发的。从地质记录来看，地球磁场平均大约每20万年翻转一次，不过时间也可能相差很大，并不固定，上一次磁场翻转是在78万年前。

专家认为，地球磁场来自地球深处的地心部分。固体的地心四周是处在熔解状的铁和镍**。地心在金属液中的运动，产生了电流，形成了地球磁场。而该磁场屏蔽了宇宙射线，主要是太阳风暴对地球的袭击，保护了地球生命的延续。科学家发现，火山岩浆凝固时，其中的铁总是按磁场方向排列。专家把这一现象称为地球动力学，地球磁场是由地球动力支配的，他们根据这一理论发展的电脑模拟系统发现，地心周围的**物质，总是处在不稳定状态，以非常缓慢的速度转动，一般大约每年移动一度。然而在受到某种干扰时，这个速度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地越来越远，最后发生南北极互换的现象。

美国约翰·霍普金斯大学的地球物理学家皮特·奥森正在严密关注地球磁场的变化。他说，随着时间的推移，我们能够追踪到它的轨迹。就像飓风预报一样，我们会知道翻转现象什么时候发生。加里·格拉兹迈尔安慰大家说："这个现象曾发生过多次了，生命不会因此灭绝的。"新闻背景磁场颠倒将危及生物磁场颠倒将危及到生物。首先，许多依靠鉴别地球南北极而迁徙的动物将会"乱了方寸"。

几万年来，蜜蜂、鸽子、鲸鱼、鲑鱼、红龟、津巴布韦鼹鼠等动物一直依赖先天性的本能在磁场的指引下秋移春返，一旦磁场消失，它们的命运很难预测。而对于人类来说，最致命的打击莫过于直接暴露在强烈的紫外线辐射之下。届时，皮肤癌等各种灾难都将降临。[1]

相关资料

地球磁极变换不会造成灾难

大家都知道地球磁极要随着时间流逝而变换，南极变北极，北极变南极。而且两次变换之间的时间间隔不等，平均为25万年。

科学家发现，此前的一次变换发生在75万年前，因此他们预料，不久还会发生新的两极变换。这样就产生了一个问题：地球磁极变换会不会使地球磁场短时间消失，从而失去了防止宇宙带电粒子到达地球的能力，引起一些科幻电影所描述的严重自然灾害呢？

德国慕尼黑大学的赫拉德·勒施等人的研究发现，不会发生这样的灾难，而其中的拯救英雄就是太阳风。　赫拉德·勒施等人发现，由带电粒子组成的太阳风，将在瞬间建立起一个新磁场。

另外，由于太阳风和地球等离子层运动速度相差很大，太阳风将很快在距离地面350公里的高度建立起一个磁保护伞，这个磁保护伞的磁场强度大致与目前的低磁磁场强度一样。它们可以将宇宙中的带电粒子挡在地球大气层外，地球上的生物依然可以高枕无忧。