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关于地球磁场的来源，早期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。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，对地球磁场的来源先后提出了10多种学说。这里按照历史的先后对一些各有一定根据或设想的地球磁场来源学说作简单介绍：(1)永磁体学说，是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；(2)内部电流学说，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，但是既未观测到这种巨大电流，而且巨大电流也会很快衰减，不会长期存在；(3)电荷旋转学说(公元1900年，简写作1900)，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，由此电流产生磁场，但这学说缺乏理论和实验基础；(4)压电效应学说(1929)，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磁场的约千分之一(10-3)；(5)旋磁效应学说(1933)，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(10-11)；(6)温差电效应学说(1939)，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；(7)发电机学说(1946－1947)，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；(旋转体效应学说(1947)，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；(9)磁力线扭结学说(1950)，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；(10)霍尔效应学说(1954)，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；(11)电磁感应学说(1956)，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 图5 地球内部构造与 地球磁场示意图 测、实验和理论研究上得到较多的证认，是目前研究和应用较多的地球磁场学说。但是由于地球内部结构较复杂，影响地球磁场的因素又很多，因此这方面的观测、实验和理论等方面的研究仍需要不断地进行。图5是地球内部构造与地球磁场的示意图，地球从外到内分为地壳层(岩石层)、地幔层、外地核层和内地核层。地壳主要为硅-铝氧化物和硅-镁氧化物等，地幔层主要为铁-镁硅酸盐和铁的氧化物和硫化物，外地核层和内地核层主要为铁(约90％)和镍(约10％)金属，外地核层呈液态，内地核层呈固态。从地壳层到内地核层，温度越来越高，压力也越来越大。地球磁场主要产生在液态金属的外地核层。 关于地球磁场反向的学说，也有近10种，主要有非偶极型磁场变化学说(1964)，无规磁场起伏学说(1968)，地核流体对流对称性变化学说(1969)，地核流体对流区分布变化学说(1969)，地核三偶极型磁场学说(1969)，偶极型磁场变化学说(1971)，双偶极型磁场学说(1975)，银河星系旋臂干扰学说(1974)，地外天体撞击学说(1987)等。前7种地球磁场反向学说来自地球内部，可称为内源说，后2种地球磁场反向学说来自地球以外天体的干扰或撞击，可称为外源说。 从以上的介绍可以看出，不论是地球磁场及相关磁现象的研究和应用，还是地球磁场和地球磁场反向的来源的学说，内容都是很丰富的，有的方面在科学意义上或是在应用价值上还是十分重要的。
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干吗那么复杂？就是由于地球由西向东转，表面的负电荷被其带动，运用右手螺旋定则，四指与电流方向相同，由于是负电荷，所以右手大拇指向下，为北极，所以下面物理北极，上面物理南极，所以产生磁场
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地磁场的产生机制 赵丰军 摘 要 地磁场的产生机制一直是人们探讨的问题之一，地心偶极子说｛ 1 ｝是机制之一。研究地磁场，要从其它磁场的产生机理上说起。就要研究磁场、电场，以及它的本质，这就需要从物质的基本粒子开始，只有将物质的本性说清楚，才能将电场、磁场以及地磁场的产生机制研究清楚。 关键词：光子流空间强度 电场 光子流时间梯度 磁场 地磁场 基本粒子 说光子是物质的基本粒子，理由如下：1、光子是人类身边非常普通的粒子，任何物质、在任何条件下都能发出光子，只要吸收、发出光子，物质的温度，就达不到绝对温度零 K，在宇宙空间找不到没有光子的地方，因此物质在任何条件下都不能降到绝对零度。这是基本粒子的最明显例证；2、人类的生存、生命的诞生，以及宇宙对人类的影响，是由光子信息完成的；3、爱因斯坦的光子模型，物质的总能量与光子的速度有关是依据之一；4、正电子与负电子相碰撞会施放一对光子，事实上这是物质与反物质的作用，所施放的光子能量。5、光子团的相互作用能合成普通粒子。 我们设想物质的基本粒子是光子，但是人们一定要问物质的一个基本问题：光子只有运动质量，没有静止质量，那么光子组成的物体，也只能有运动质量，没有静止质量；但是人们的研究与观察并非如此，任何物质在相对静止的情况下都有自己的质量；这是为什么呢？可理解为：物质的质量并不是物质本身固有的内容，而是物质与其它物质相互作用光子后所表现出的质量；如果物质不吸收，不发出、没有和环境作用光子，物质在静止的时候，就没有办法表现出物质的质量，这时明物质转化为暗物质了。 电场和磁场都是物质，光子是物质的基本粒子，只有能完满地解释电场和磁场，才能定性地说明光子是物质的基本粒子。 电荷 普通物质的质量，能用物质内的光子与环境光子相互作用光子信息，表现出自己的质量，那么对待物质带有电荷是怎么分析呢。由于物质的质量并不是物质本身固有的内容，是物质本身的光子信息与环境光子信息相互作用后表现出的质量，所以，任何物质只要有质量就要不断地与环境相互作用光子，当这个物体与环境作用光子的时候，在相等的时间内，吸收到的光子信息能量和发出的光子信息能量，并不是绝对平衡，这样，就会表现出某一段时间内是吸收到的光子信息能量多于发出的光子信息能量，而在另一段时间内，发出的光子信息能量多于吸收到的光子信息能量，只要不平衡就会表现出与普通物质的不同，人们把这种不同说成是带电荷。 某一段时间内，吸收的光子信息能量与发出的光子信息能量是平衡的，说这个物体不带电；事实上不带电的物体是非常少的，甚至是很短一段时间不带电，并且很多不带电的物体是由于带电的电荷量太少，没有达到人们观察的灵敏度。 由于光子没有静止质量，在单位时间内，吸收到的光子信息个数比发出的光子信息个数多一个或几个，人们是无法测量出这种差别的，只有不平衡的差别存在静止质量的时候，才能拿出来供其它人验证，这就是人们发现了电荷量的最小单位—电子；。一直一来，科学家们坚持寻找的电荷，一直没有找到；分析可知，只有找到比电子静止质量更小的物体，才有可能找到，从光子的角度来分析，物体带电的最小单位并不是，而是一个光子与一个光子的差别，由于光子没有静止质量，人们无法将这个差别展现在公众面前。 在相等的时间内，当物体发出的光子信息能量多于吸收到的光子信息能量，人们将这种现象说成是物体带正电荷；相反，在相等的时间内，物体发出的光子信息能量少于吸收到的光子信息能量，人们将这种现象说成是物体带负电荷；从光子信息构成来看，带正电荷的物质，由于发出的光子能量多于吸收到的光子能量，物质质量会不断减少；带负电荷的物质，由于发出的光子能量少于吸收到的光子能量，物质质量会不断增加；但是实际情况并非如此，物质电荷量的变化，往往是由于基元电荷的整倍数，是由于电子的得失而具有宏观表现，可能正好是相反的过程。 电场 电荷是物质存在的过程中，吸收到的光子与发出光子的不平衡引起的，所以只要存在光子不均匀分布，存在光子信息流动就会存在电荷，相应只要存在电荷就同时存在光子流动问题，存在光子流动就会存在电场。其中光子流的能量密度就是人们所说的，一个与电场强度相关的物理量。在单位时间内，流过单位面积上的光子个数、光子能量强度越大，这个地方的电场强度越大；其中光子流的方向代表了电场强度的方向。如果宇宙不与其它空间的物体作用光子，那么宇宙内的光子总能量守恒，质量守恒，相应的，吸收发出光子能量数也是守恒的，也就是宇宙内的电荷数是守恒的，但是对整个地球来讲电荷数是不守恒的，地球是不断地吸收来自宇宙中的光子，在何时表现出吸收光子，带负电；何时发出光子信息表现为带正电荷，都是不可定论的，取决于地球所在的环境，和地球自身的物质特性有关。电场是由于存在电荷引起的，本质是空间中存在光子的总体流向，才存在电场这种物质。磁场 磁场与电场是紧密相联的，没有电场的存在也就没有磁场的存在，电场强度的大小是由于光子流密度造成的，如果没有光子流同样?不上磁场，电场、磁场都是一种物质，都是与光子流相联系的同一种物质。 电场是光子流关于空间的梯度，磁场是光子流关于时间的梯度，只要光子流的能量密度关于时间变化，这一点的电场发生了变化，同时磁场产生了；如果是这点的电场没有变化，而空间各处电场强度不同，由于观测者运动，使观测者在观测的时间内，感觉到、测量到光子流密度有变化，也就是电场强度的大小或方向发生变化，同样说成是产生了磁场，但是另一个相对电荷没有运动的观测者却观测不到磁场。 既然物质的电场和磁场是光子流空间梯度和光子流时间梯度所致，那么电场和磁场就是自然界中普遍存在的一种现象。地球的带电性与电荷量 物质是不是带电，仅取决于这个物体吸收的光子信息与发出的光子信息是不是平衡，在相等的时间内，如果是绝对平衡，就说成是物质不带电，这种情况是很少有的，是相对的，是短时间的，而不平衡是绝对的，带电是绝对的；这种事件类似于人们通常所说的一句话：静止是相对的，而运动是绝对的。 地球到底是带正电荷还是带负电荷，通常取决于两方面的因素，自己和环境。取决于在某一段时间内自己发出的光子信息总量，与自己吸收的光子信息总量，对现存地球来讲，如果所处的环境光子信息能量密度很小，地球发出的光子信息能量多于从环境中吸收到的光子信息总量，地球就会带正电荷；相应地，如果地球所处的环境光子信息能量密度比较大，在一段时间内，地球发出的光子信息能量少于从环境中吸收到的光子信息总量，地球就会带负电荷。我们现在所处的年代，就是地球从环境中吸收到的光子信息能量多于地球发出的光子信息能量，地球的物质质量正在增加。 相应地，对待同一个地球光子信息环境来讲，外来的光子信息能量密度不变，如果地球的质量不断增加，单位时间内发出的光子信息能量不断增多，当地球发出的光子信息能量多于从环境中吸收到的光子信息能量时，地球就会由带负电荷转化为带正电荷，在这种情况下，地球周围的光子信息能流方向就会发生改变，也就是电场强度的方向就会改变，大小发生变化，地磁场换了极性。 地磁场的产生 地球的主磁场 由于在地球周围吸收和发出的光子信息能量存在差异，也就是存在光子信息的能量流向问题，存在电场，由于地球的自转和公转，对待同一个地点的光子信息能量密度随时间发生变化，，于是人们就说产生了磁场，通常说成是地磁场；地磁场的产生是多方面的，是复杂的，但是以地球自转和公转的原因为主要因素，是主磁场。地磁场的方向 地磁偏角问题是由于地球自转和公转共同作用的结果；地磁场两极的连线，既不是地球自转轴，也不是地球公转轴的方向，由于地球主磁场是由于自转和公转引起的，那么，地磁两极连线就应该指向地球自转轴和公转轴之间的某一个方向，由于自转和公转所占的比例不同，偏角会发生变化。 就目前来讲，地球整体带负电荷，地球周围表现出以吸收光子信息为主，但是由于地表温度不同，向外辐射光子信息的能力不同，有些地方会表现出单位时间内发出与吸收光子的能量不同，也就是电场强度的数值不同，存在地磁场异常，有些地方甚至会出现发出光子信息的能量特别多，宏观表现为单位时间内，发出的光子信息能量比吸收到的光子信息能量多，局部表现出正电荷的电场强度，由于地球自转和公转引起的光子信息能量的时间梯度不同，甚至是与常规的向反，就是说某些地磁场的异常方向会与通常的相反。 我们理解地磁换极，更加容易，由于某一个因素，突然使地球吸收的光子信息与发出的光子信息比例，发生了变化，也就是地球发出的光子信息能量，比吸收到的光子信息能量要多，地球周围的光子信息能量流指向地球以外，像是地球带有正电荷，由于地球自转和公转，地磁场更换了极性，现在的S极变成了N极，现在的N极变成了S极，地磁场方向发生改变。如果地球是长期发出光子信息能量，多于吸收到的光子信息能量，地球能量就会不断减少，宏观表现为地球的环境温度很低。 太阳和月球都能影响来自地面的光子流强度和方向，由于地球的自转，太阳和月球带来的光子流，对地磁场强度大小的改变，地磁场方向的改变比较小，没有影响到人类的正常生活，没有引起人们的关注；也就是说由于太阳、月球的影响，会或多或少地改变地磁场的大小，影响两磁极的移动。 同样，来自宇宙光子流的影响也会改变地磁场的大小，影响两磁极的移动； 地磁场的计算 为了佐证这个理论的正确性，下面通过一种物理模型对现有地磁场进行模拟计算，从数量级上说明这个理论的正确性。在光子信息理论中，物质间的相互作用力，都是一个物体发出的光子信息，被另一个吸收后，与从环境中其它物质中吸收光子信息的能量进行比较而来的。电场力与物质间的万有引力，都是由于吸收发出光子信息作用后的结果，万有引力定律，库仑引力定律,如果都从光子信息的角度来理解，则质量为m的物体，存在时吸收光子信息与发出光子信息的差值，表现出的电荷量为q，其比例系数为，这是物质间最大的差异性。 也就是一千克物质，在空间存在的时候，由于吸收与发出某一个物体的光子信息，与吸收和发出环境的光子信息，有一种不平衡，这种不平衡，相当于的电量，与带电子的电量相当。 将地球看成是由一个个球壳组成，则这部分物质所带电荷量是，， 由于在两极满足这样一个关系，是这个球壳的磁矩，这个球壳在两极处产生的磁场为，其中是地球半径。 积分可得：将，，，，代入，计算得到，对待地球赤道上的地磁场强度的计算如下： 在赤道上就是说，如果地球所带的电荷量为正电荷，磁感应强度B的方向与磁矩的方向相反，如果地球所带的电荷量为负时，地磁场强度B的方向与磁矩的方向相同，或者说地球以吸收光子信息为主时，是相反的，以发出光子信息为主时，在赤道处B的方向与磁矩的方向相同。 这样在赤道处的地磁场磁感应强度 在地球的其它纬度上，地磁场的磁感应强度介于，之间， 但是在实际测量中，通常在。 我们用这个计算公式计算其它星球的磁场，看一看在数量级上如何： 对太阳来讲，自转周期 24 天， 质量是 ， 计算可知太阳两极的磁场是 : ，在赤道处是 。它是地磁场的 100 倍－ 200 倍。 对月球来讲，自转周期 27。3 天， 质量是 ， 计算可知月球两极的磁场是 : ，在赤道处是 。火星的自转周期 24 小时 37 分， ，质量是 ， ，计算可知火星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ， 人们通常认为金星上没有磁场，这是不科学的，宇宙中几乎找不到没有磁场的区域，它的自转周期 243 天， 质量是 ， 计算可知金星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，比地磁场小很多，相当于月球的磁场，特别值得一提的是，由于它的自转方向与地球的相反，那么由于自转引起的磁场与地球的磁场方向相反。 水星上存在磁场。自转周期 58。6 天， 质量是 ， 计算可知水星两极的磁场是 : ，在赤道处是 。 木星的磁场比地磁场大很多，自转周期是 9 时 50 分， 质量 ， 计算可知木星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，这个值相当于地磁场（都用计算值） 50 倍到 100 倍， 土星的磁场计算如下：它的自转周期是 10 时 14 分， 质量是 ， 计算可知木星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，是地磁场 17 － 34 倍。 海王星表面的磁感应强度：自转周期 16 时 06 分， 质量是 ， 计算可知海王星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，比地磁场大，是地磁场的 4 － 8 倍。 天王星的磁极，它的自转周期 16 时 48 分， 质量是 ， ，计算可知天王星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，这个磁场是很强的，大约是地球磁场的 3 倍到 6 倍。 冥王星表面的磁感应强度是多少。自转周期 6 天 9 小时 17 分， 质量是 ， ，计算可知冥王星两极的磁场是 : ，在赤道处是 ，是地磁场的 1000 多分之一，与月球磁场接近，人们不容易测出它的磁场。 假设这种计算对中子星是适用的，让我计算一下中子星的表面磁感应强度到底是多少，例如一个中子星，自转周期为 3 秒， 它的质量是太阳质量的 1。86 倍， ， ，计算可知这个中子星两极的磁感应强度是 : ，在赤道处是 ，这个数值真是太可怕了。如果人类对磁场测定的灵敏度很高，完全可以在地球上证明这个理论的正确性，用铜做一个半径为 1 米的球体，让这个球体以每秒 10 周，计算可知铜球两极处的磁感应强度是多大，进行测定。分析说明：（ 1 ）所有磁场的计算都是最大值，没有考虑到各星球的具体情况，只能从数量级上说明。（ 2 ）本稿是自己写作，没有得到更多理论的证明。参考文献 1 、 古地磁场palaeomagnetic field人类史前（地质年代）和史期的地磁场。其研究以岩石磁性的测量为基础。地壳各处的岩石或多或少地含有各种磁性矿物，在冷却或沉积过程中被地磁场磁化，记录下岩石形成时期地磁场的方向和强度。一部分磁性稳定的岩石，在漫长的地质时期中完整地保存了这种记录。古砖、古瓷器、炉灶等原始焙烧物在它们冷却时也被当时的地磁场磁化，于是记录了人类史期的地磁场。当标本的产状（走向、倾向、倾角）已知时，由标本剩磁方向的测定可以得到标本产地的古地磁场的偏角和倾角。在地心偶极子的假定下，由古偏角和古倾角即可确定古地磁极的位置。古地磁场强度的测量方法是20世纪30年代法国人泰利埃最先确立的，只适用于热剩磁标本。至今泰利埃方法仍然是测量古地磁场强度的最有效方法。测定结果表明，近2000年来地球磁矩是衰减的，这与现代观测结果相符。公历纪元时地球磁矩有最大值，约为现代地球磁矩的1。5倍；公元前2000年有个低值，与现代地球磁矩相近；约在公元前4000年有个最小值。由此估计地球磁矩的变化周期约为8000～10000年。
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首先，先搞清楚地心到地壳的物质分布：由于地心的温度非常高，地心到地壳的物质都处于液态，而且物质的分布是从密度大到小的分布，分别是汞、铅、铅的液态合金、金、金的合金、铜、铜的液态合金、钢合金、钢、铁、铁合金、铁硅合金、铁硫合金、氧化铁等一直到地表的硅，其中铁、镍及其合金占的比率较大。地心及其附近的液态金属、合金都处于电离的状态，在地球的自转下，它们也跟着旋转，不过速度比地球自转的速度慢一些（因为液态体在地心与地壳之间对流，所以总的速度比地球自转的速度还要慢），这些旋转的离子在宏观上与地球的自转产生一个速度差，如果把地壳作为参照系的话，那么这些离子是自东向西转，所以产生一个地磁的南极、北极分别在地球的北极、南极的结果。在历史上地磁的南极、北极分别与地球的北极、南极重合的，但是由于地球的南极曾经受过大质量星球（月球）的搽碰（这也是地球为什么有这么大卫星的原因）导致地球的自转偏离原来的方向，所以造成现在的地磁南极、北极不与地球的北极、南极重合的原因。