探索地球磁場成因

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中地理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


關(guān)于地球磁場的來源,早期歷史上曾有來自北極星的傳說,但是到公元17世紀(jì)初就已經(jīng)認(rèn)識到地球本身就是一個巨大的磁體,不過當(dāng)時仍不清楚地球磁場是怎樣產(chǎn)生的。隨著科學(xué)的發(fā)展,對于地球磁場觀測和地球結(jié)構(gòu)的研究不斷增多和深入,對地球磁場的來源先后提出了10多種學(xué)說。這里按照歷史的先后對一些各有一定根據(jù)或設(shè)想的地球磁場來源學(xué)說作簡單介紹:

(1)永磁體學(xué)說,是最早提出的一種學(xué)說,認(rèn)為地球內(nèi)部存在巨大的永磁體,由這永磁體產(chǎn)生地球磁場,但后來認(rèn)識到地球內(nèi)部溫度很高,不可能存在永磁體。

(2)內(nèi)部電流學(xué)說,認(rèn)為地球內(nèi)部存在巨大的電流,形成巨大電磁體產(chǎn)生地球磁場,但是既未觀測到這種巨大電流,而且巨大電流也會很快衰減,不會長期存在。

(3)電荷旋轉(zhuǎn)學(xué)說(公元1900年,簡寫作1900),認(rèn)為地球表面和內(nèi)部分別分布著符號相反、數(shù)量相等的電荷,由地球自轉(zhuǎn)而形成閉合電流,由此電流產(chǎn)生磁場,但這學(xué)說缺乏理論和實驗基礎(chǔ)。

(4)壓電效應(yīng)學(xué)說(1929),認(rèn)為在地球內(nèi)部物質(zhì)在超高壓力下使物質(zhì)中的電荷分離,電子在這樣的電場中運動而產(chǎn)生電流和磁場。但理論計算出這樣的磁場僅有地磁場的約千分之一(10-3)。

(5)旋磁效應(yīng)學(xué)說(1933),認(rèn)為地球內(nèi)的強磁物質(zhì)旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生地球磁場,但這種旋磁效應(yīng)產(chǎn)生的磁場只有地球磁場的大約千億分之一(10-11)。

(6)溫差電效應(yīng)學(xué)說(1939),認(rèn)為地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的熱量,使熔融物質(zhì)發(fā)生連續(xù)的不均勻?qū)α,這樣產(chǎn)生溫差電動勢和電流,由此電流產(chǎn)生地球磁場,但理論估計也同地球磁場不符合。

(7)發(fā)電機學(xué)說(1946-1947),認(rèn)為是地球內(nèi)部的導(dǎo)電液體在流動時產(chǎn)生穩(wěn)恒的電流,由這電流產(chǎn)生地球磁場。

(8)旋轉(zhuǎn)體效應(yīng)學(xué)說(1947),是根據(jù)少數(shù)天體觀測得到的經(jīng)驗規(guī)律,認(rèn)為具有角動量的旋轉(zhuǎn)物體都會產(chǎn)生磁矩,因而產(chǎn)生磁場。這一學(xué)說需要使用一無科學(xué)根據(jù)的常數(shù),5年后又被提出這一學(xué)說的科學(xué)家根據(jù)精密的實驗結(jié)果加以否定了。

(9)磁力線扭結(jié)學(xué)說(1950),認(rèn)為在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉(zhuǎn),會使原始微弱的地球磁場放大,由此產(chǎn)生地球磁場。

(10)霍爾效應(yīng)學(xué)說(1954),認(rèn)為在地球內(nèi)部由于溫度不均勻產(chǎn)生的溫差電流和原始微弱磁場的同時使用下,會由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電動勢和霍爾電流,由此產(chǎn)生地球磁場。

(11)電磁感應(yīng)學(xué)說(1956),認(rèn)為由太陽的強烈磁活動通過帶電粒子的太陽風(fēng)到達地球后,會通過地球內(nèi)部的電磁感應(yīng)和整流作用產(chǎn)生地球內(nèi)部的電流,由此產(chǎn)生地球磁場。在這些學(xué)說中,只有發(fā)電機學(xué)說(又稱磁流體發(fā)電機學(xué)說)在觀 測、實驗和理論研究上得到較多的證認(rèn),是目前研究和應(yīng)用較多的地球磁場學(xué)說。

(12)自由電子旋轉(zhuǎn)說,是民間地球科技愛好者王金甲根據(jù)分子原子學(xué)提出的。我們知道物質(zhì)是由分子原子組成的,原子由原子核和電子組成(見原子結(jié)構(gòu)圖)。

火山爆發(fā)使我們知道地球內(nèi)部是一個高溫世界。19世紀(jì)末,著名物理家居里在自己的實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石的一個物理特性,就是當(dāng)磁石加熱到一定溫度時,原來的磁性就會消失。后來,人們把這個溫度叫“居里點”。按照“居里點”的的結(jié)論地球內(nèi)部不能有一個永磁體。

按照物理學(xué)研究的結(jié)果,高溫,高壓中的物質(zhì),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(huán)境中會有大量的電子逃逸出來,在內(nèi)核與地幔間會形成一個汽液態(tài)的充滿自由電子的負(fù)電球?qū)樱ㄒ后w外核)。

按照麥克斯韋的電磁理論,可以總結(jié)出這樣一句話“電動生磁,磁動生電。所以,要形成地球磁場必須有電子移動。

地球磁場象一個直流電磁場。地球的高溫、高壓使地球內(nèi)核原子失去電子而強金屬化,而不易流動,呈固體狀態(tài)。地球內(nèi)核逸出的大量電子集中在相對內(nèi)核壓力小的液體外核球?qū),外核球(qū)佑捎诘玫酱罅孔杂呻娮佣史墙饘贍畹钠簯B(tài)。自由電子隨地球自轉(zhuǎn)象直流線圈的電子運動相仿,所以地球在空間建立了一個強大的磁場。

地球自轉(zhuǎn),使液體外核呈現(xiàn)一個扁球體,地球傾斜自轉(zhuǎn)使天體引力傾斜。傾斜的引力使液體外核赤道面亦傾斜。液體外核的赤道面,既受內(nèi)核自轉(zhuǎn)控制,又受天體引力拖拽,導(dǎo)致磁極既不與地球自轉(zhuǎn)軸重合又不與黃道面垂直。

自由電子旋轉(zhuǎn)說是否正確還有待于深入研究。


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