地球爲什麼會有磁場?

喵星小小懶


我們知道地球本身就像一塊“大磁鐵”,這個大指的是個頭大,而不是磁場強度強。地磁場本身是很弱的,大概是25-65微特斯拉,即1特斯拉的十萬分之一。

作為比較,冰箱磁鐵的典型數值是5毫特斯拉,即1特斯拉的千分之一量級。太陽黑子的典型磁場強度是0.3特斯拉,核磁共振的磁場強度是1.5-3特斯拉。

物理實驗中用的超導磁鐵可以達到3-8特斯拉,之所以要用超導磁鐵,是因為需要太強的電流才能產生這麼強的磁場。如果是用正常導體的話,由於導體的電阻不是零,導線會因為產生太多的熱量而熔化。

地球磁場的來源很複雜,細節很多,目前還沒有最後定論。根據我瞭解到的信息,大致講一下這裡的思路。

地磁場可以保護地球免受太陽風中帶電粒子的撞擊。在太陽系的早期,地磁場很弱,而太陽風很強。

首先在太陽系誕生的早期,猛烈的太陽風會產生比現在強的多的磁場。地球在軌道上運動,會受到這些磁場的作用。

假設地球本身是個導體的話,地球就會因為“穿過”磁場而感生出電流,這些電流在導體中動起來,是會產生磁場的,這就是所謂“發電機機制”。

問題是:地球為什麼會是個導體?

我們知道地球的半徑是6370公里,其中鐵合金存在的區域是最裡面的3400公里。

地球的最中心是一個固態的(鐵)核,半徑有1220公里,溫度高達6000開爾文,之外是個液態區域,液態區域的外面是地幔,溫度是3800開爾文。

由於地幔和地核之間巨大溫差的存在,液態鐵會在溫度的驅動下產生對流,即熱的液體上升往冷的地方浮,而冷的液體下降往地球中心沉。

同時地球本身還在自轉,在科里奧利力的作用下,液態鐵會“旋轉”起來,形成“環流”。這些環流就像螺線管上的電線,一旦電流在其中形成定向運動就會產生磁場。

為了維持地球的磁場,就必須維持液態鐵中的電流,必須與電流的“歐姆損耗”抗衡。這裡又是地核與地幔之間的溫度差提供了驅動作用,從微觀的角度說溫差電效應會順著溫度的梯度建立溫差電勢。

現在維持地核與地幔之間的溫度差就成了維持地磁場的關鍵。

首先地球的核心是熱源,除了地核之外的物體下落到地核本身可以提供引力能外,地核還存在放射性元素,天然放射性為地核維持高溫提供了主要的能源。

地球上的主要天然放射性同位素,半衰期基本上都是十億年數量級。

其次,最近的某些研究指出,在高溫高壓下液態鐵本身的熱導率不高,換句話說地核的熱向外散失的速率較低。最後地幔就像一個大棉被也起著保溫隔熱作用。

總之,地球中心保持著相對很高的溫度,而且維持著極低的散熱速率,使得地球在太陽系誕生早期感應產生的電流一直維持到現在,這就是今天我們觀察到的地球磁場的來源。


物理思維


最簡單的回答是:不知道!


目前地球磁場的構型如上圖所示,其磁極的南北極方向和地球的自轉軸的地理南北極不完全重合,而且在地球的歷史上南北磁極出現過多次的倒轉,也就是南北極互換。但是地球磁場的起源仍然是地球物理學的重大未解之謎之一,由於這不是我的研究領域,我不清楚目前最新的研究進展,只能介紹一下所謂的“主流”理論模型,也就是所謂的“發電機機制”,而這也被認為是大部分天體,比如太陽、恆星和太陽系內其他有磁場的行星的磁場的起源的主要機制。

“發電機機制”的主要原理是基於地球的內部結構,也就是地球的核心(稱為“地核”)裡面有高溫的導電流體,地核的冷卻主要是靠和地幔的對流,這樣就產生了運動的導電。假如地球內部一開始有微弱的“種子”磁場(比如局部的微弱電流就可以產生局部的微弱磁場),導電的流體隨著地球的轉動就會和“種子”磁場作用,類似於通電的線圈在永久磁鐵中的相對運動,根據法拉第電磁感應定律將會產生感應電流,如上圖的螺旋所示,這個過程類似於發電機,所以稱為發電機機制。而電流環又如上圖所示會產生產生磁場(電磁鐵的磁場就是這麼產生的),最終就形成了地球的偶極磁場結構。由於這個過程需要局部微弱電流產生的“種子”磁場,所以這個機制也被稱為“自激發發電機機制”。



至於地球的磁場的長期演化以及為什麼會倒轉,目前也沒有徹底解決,但是肯定和地球內部的結構的形成和演化有密切關係。隨著人們對於地球內部結構的進一步研究,相信最終會徹底揭開地球的磁場的起源和演化之謎。


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張雙南


地球為什麼會有磁場?

答:在112年前1905年12月6日 ,挪威探險家阿蒙森探明地球有磁極。現在,讓我們來了解一下,為什麼地球會有磁場!

對於地球磁場的產生,古時曾流傳著它來自北極星的神話。隨著近代科學技術的發展,人們對地球磁場的觀測不斷增多,對地球結構的研究不斷深入,先後出現了許多學說,試圖解釋地球磁場的產生,但並沒有一個定論。有人認為地球內部有一個巨大永磁體並導致地球磁場產生;有人認為地球內部有巨大的電流而導致強大電磁場形成;還有人認為,是地球內部放射性物質所產生的熱量造成地球內部溫差從而產生了電流並形成磁場;除此之外,關於地球磁場的學說還有旋磁效應、霍爾效應、電磁感應等。但以上這些假說,沒有一種能夠充分解釋地球磁場的存在。

法國科學家安培在一百多年前就已揭示了"磁現象的電本質\

鳳棲夕陽


我本想說不知道。但現在我想一本正經的胡說八道一回。

關於地球磁場的來源,早期歷史上曾有來自北極星的傳說,但是到公元17世紀初就已經認識到地球本身就是一個巨大的磁體,不過當時仍不清楚地球磁場是怎樣產生的。隨著科學的發展,對於地球磁場觀測和地球結構的研究不斷增多和深入,對地球磁場的來源先後提出了10多種學說。這裡按照歷史的先後對一些各有一定根據或設想的地球磁場來源學說作簡單介紹:(1)永磁體學說,是最早提出的一種學說,認為地球內部存在巨大的永磁體,由這永磁體產生地球磁場,但後來認識到地球內部溫度很高,不可能存在永磁體;(2)內部電流學說,認為地球內部存在巨大的電流,形成巨大電磁體產生地球磁場,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)電荷旋轉學說(公元1900年,簡寫作1900),認為地球表面和內部分別分佈著符號相反、數量相等的電荷,由地球自轉而形成閉合電流,由此電流產生磁場,但這學說缺乏理論和實驗基礎;(4)壓電效應學說(1929),認為在地球內部物質在超高壓力下使物質中的電荷分離,電子在這樣的電場中運動而產生電流和磁場。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)旋磁效應學說(1933),認為地球內的強磁物質旋轉可以產生地球磁場,但這種旋磁效應產生的磁場只有地球磁場的大約千億分之一(10-11);(6)溫差電效應學說(1939),認為地球內部的放射性物質產生的熱量,使熔融物質發生連續的不均勻對流,這樣產生溫差電動勢和電流,由此電流產生地球磁場,但理論估計也同地球磁場不符合;(7)發電機學說(1946-1947),認為是地球內部的導電液體在流動時產生穩恆的電流,由這電流產生地球磁場;(8)旋轉體效應學說(1947),是根據少數天體觀測得到的經驗規律,認為具有角動量的旋轉物體都會產生磁矩,因而產生磁場。這一學說需要使用一無科學根據的常數,5年後又被提出這一學說的科學家根據精密的實驗結果加以否定了;(9)磁力線扭結學說(1950),認為在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉,會使原始微弱的地球磁場放大,由此產生地球磁場;(10)霍爾效應學說(1954),認為在地球內部由於溫度不均勻產生的溫差電流和原始微弱磁場的同時使用下,會由霍爾效應產生霍爾電動勢和霍爾電流,由此產生地球磁場;(11)電磁感應學說(1956),認為由太陽的強烈磁活動通過帶電粒子的太陽風到達地球后,會通過地球內部的電磁感應和整流作用產生地球內部的電流,由此產生地球磁場。在這些學說中,只有發電機學說(又稱磁流體發電機學說)在觀測、實驗和理論研究上得到較多的證認,是目前研究和應用較多的地球磁場學說。但是由於地球內部結構較複雜,影響地球磁場的因素又很多,因此這方面的觀測、實驗和理論等方面的研究仍需要不斷地進行。圖5是地球內部構造與地球磁場的示意圖,地球從外到內分為地殼層(岩石層)、地幔層、外地核層和內地核層。地殼主要為硅-鋁氧化物和硅-鎂氧化物等,地幔層主要為鐵-鎂硅酸鹽和鐵的氧化物和硫化物,外地核層和內地核層主要為鐵(約90%)和鎳(約10%)金屬,外地核層呈液態,內地核層呈固態。從地殼層到內地核層,溫度越來越高,壓力也越來越大。地球磁場主要產生在液態金屬的外地核層。

  關於地球磁場反向的學說,也有近10種,主要有非偶極型磁場變化學說(1964),無規磁場起伏學說(1968),地核流體對流對稱性變化學說(1969),地核流體對流區分佈變化學說(1969),地核三偶極型磁場學說(1969),偶極型磁場變化學說(1971),雙偶極型磁場學說(1975),銀河星系旋臂干擾學說(1974),地外天體撞擊學說(1987)等。前7種地球磁場反向學說來自地球內部,可稱為內源說,後2種地球磁場反向學說來自地球以外天體的干擾或撞擊,可稱為外源說。

從以上的介紹可以看出,不論是地球磁場及相關磁現象的研究和應用,還是地球磁場和地球磁場反向的來源的學說,內容都是很豐富的,有的方面在科學意義上或是在應用價值上還是十分重要的。


穀雨潤苗


是否可以這樣理解,磁體周圍存在磁場,地球本身也是一個龐大的磁體,因為在地心引力的作用下,地球對鐵,鈷,鎳等物體有吸引力,地球的磁性體現出來,從而產生了磁場,猜想,任何物體足夠大,會產生磁場,望有專家論證!


浙北老頑童


地球磁場的存在是為了吸收太陽風暴,也就是為了保護地球生命。地球兩極之所以有磁場,大概是因為兩極有產生磁場的物質以及本身的自轉造成的,至於為什麼兩極擁有磁性物質,我想這是造物主的傑作。


仰望802315


地球磁場是自身內部物質結構形成的“天然”正負電荷繞纏,說遠一點,是原始星雲中一個帶電離子比較活躍的星際“塵巖”,(這一點相當重要)或者說,地球延續了其“始祖”基因物,總之,宇宙中的物質不是一個所謂的“模塊”點,是混成一體的多維度分佈……


老頑童142246085


自從世界有了科學,我們本能的認為科學可以解釋一切,然而卻發現一切好似沒有盡頭。

就算最簡單的四個字“淡忘生死”又有幾人能夠做到。其實我們最渴求的答案應該只有一個:生命的意義到底是什麼?



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