地磁场生成的探讨－转贴

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地磁场生成的探讨－转贴
关于地球磁场的起源，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，对地球磁场的起源先后提出了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)，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。  
    (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。  
    (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。  
    (8)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 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。  
    (12)自由电子旋转说（2006），是唯一由中国人，根据分子、原子学，结合地震波提供的地球深處高清圖像提出的崭新学说。
地震产生的內部深層波動往往會在地核和地幔的介面上產生反射，反射波在傳遞到地表的過程中，如果碰到地下構造，就會發出微弱的信號。通過上千次地震得到的信號記錄以及1000多次的地震觀測，這支由MIT地球、大氣與行星學系(EAPS)教授RobvanderHilst領導的地球學家和礦物學家組成的跨學科小組得到了中北美洲高清晰度深層地球結構圖，从結構圖看地球外核是液态。
我们知道物质是由分子原子组成的，原子由原子核和电子组成（见原子结构图）。  
火山爆发使我们知道地球内部是一个高温世界。19世纪末，著名物理家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫“居里点”。按照“居里点”的的结论地球内部不能有一个永磁体。  
    按照物理学研究的结果，高温、高压中的物质，其原子的核外电子会被加速而向外逃逸，所以地核在6000K的高温和360万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来，在内核与地幔间会形成一个汽液态的充满自由电子的负电球层（液体外核）。  
    按照麦克斯韦的电磁理论，可以总结出这样一句话“电动生磁，磁动生电”。所以，要形成地球磁场必须有电子移动。我们知道，一个线圈通上直流电，那么线圈周围有一个直流电磁场（通上交流点，就是一个交流电磁场），这个磁场就是电子在线圈中移动的结果。
    地球的磁场就象一个螺线管通直流电的直流电磁场。地球内部的高温、高压，使地球内核物质逸出电子而强金属化，不易流动，呈固体状态。地球内核逸出的大量电子集中在相对内核压力小、温度低的液体外核球层，外核球层由于得到大量自由电子而呈非金属状的汽液态。大量的自由电子随地球自转象电子在线圈运动相仿，所以是拥有大量电子的液体外核自转，在宇宙空间建立了一个强大的地球磁场。  
地球自转，使液体外核呈现一个扁球体，地球倾斜自转也可以认为天体引力倾斜。倾斜的力使液体外核赤道面亦倾斜。液体外核的赤道面，既受内核自转控制，又受天体引力拖拽，使其自转惯性改变方向，进而导致磁极既不与地球自转轴重合又不与黄道面垂直，处于两者兼顾状态，事实也正是如此。  
    自由电子旋转说是否正确还有待于深入研究。请读者多提宝贵意见!

(12)自由电子旋转说，好象是依赖于在地球自转基础上建立起来两极。到底是先有两极或先有自转，或共同促进产生还需进一步探讨。

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初生态的地球很难想象，不过极的确定需要一个过程。

王金甲

(12)自由电子旋转说（2006），是唯一由中国人（王金甲），根据分子、原子学，结合地震波提供的地球深處高清圖像提出的崭新学说。