地球磁场有什么用？

地球磁场，简单来说，是近似于把一个磁铁棒放到地球中心，N极大体上对着地理南极，S极大体对着地理北极。磁极与地理极不完全重合。存在磁偏角，为11.5度。当然，地球中心是高温状态并没有磁铁棒，而是通过外核的电子随地球自转的电流效应（近似于电生磁）产生磁场的。

地球的磁性，是地球内部的物理性质之一。地球是一个大磁体，在其周围形成磁场，即表现出磁力作用的空间，称作地磁场。它和一个置于地心的磁偶极子的磁场很近似，这是地磁场的最基本特性。

地球磁场 The Earth magnetic field不是孤立的，它受到外界扰动的影响。太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。地球磁层位于距大气层顶600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。1967年发现，在中性片两侧约10个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。

通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由于地球核心物质受到的压力较大，温度也较高，内部有大量的铁磁质元素，物质变成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原子核的引力，变成自由电子，加上由于地核中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压力较低的地幔，使地核处于带正电状态，地幔附近处于带负电状态，情况就象是一个巨大的“原子”。由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，使地层的导电率极高，使得电流就如同存在于没有电阻的线圈中，可以永不消失地在其中流动，这使地球形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。

关于地球磁场的形成原因，一种关于地球磁场成因的假说认为：地球磁场的形成原因和其它行星的磁场的形成原因是类似的，地球或其它行星由于某种原因而带上了电荷或者导致各个圈层间电荷分布不均匀。这些电荷由于随行星的自转而做圆周运动，由于运动的电荷就是电流，电流必然产生磁场。这个产生的磁场就是行星的磁场，地球的磁场也是类似的原因产生的。这个假说和各个行星磁场的有无和强弱现象符合的非常完美。

历史上，第一个提出地磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨地球磁场地球磁场大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法，从而使地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。

关于地磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。

属于第一地球磁场地球磁场类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多。

关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。

地磁场的形成具有一定特殊性，按照旋转质量场假说，地球在自转过程中产生磁场。但是，从运动相对性的观点考虑，居住在地球上的人是不应该感受到地磁场的，因为人静止于地球表面，随地球一同转动，所以地球上的人是无法感觉到地球自转产生的磁场效应的。地球磁场地球磁场通常所说的地磁场只能算作地球表面磁场，并不是地球的全球性磁场（又称空间磁场），它是由地核旋转形成的。地球的内部结构可分为地壳、地幔和地核。科学家在试验中发现，地球内外的自转速度是不一样的，地核的自转速度大于地壳的自转速度。还有，地核的自转轴与地球的自转轴不在一条直线上，所以由地核旋转形成的地磁场两极与地理两极并不重合，这就是地磁场磁偏角的形成原因。

在地球历史中经历过多次磁场反转，地球偶极磁场就像一个条形磁铁，数亿年以来保持相同强度。之后出于某种未知原因，逐渐变弱，直至磁场逆转。

古地磁数据具有重要价值，它是迄今为止关于磁场逆转期间所发生变化以及磁场逆转频率的最佳记录之一。这项最新发现证实地球磁场强度减少的速度比预期值快10倍，从而使得一些地球物理学家错误地预测下一次磁场逆转将发生于数千年之后。

现今如果出现磁场反转是否会潜在带来一场灾难，还在研究讨论中。

倒转原因

科学家们在对地磁场的研究中发现，地磁场是变化的，不仅强度不恒定，而且磁极也在发生变化，每隔一段时间就要发生一次磁极倒转现象。地球磁场地球磁场早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万年前地磁场曾发生过倒转。1928年，日本科学家松山基范也得出了同样的研究结果。第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现。

根据地磁场起源理论，地磁场磁极之所以发生倒转，是由地核自转角速度发生变化而引起的。地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。

在地球南北两极附近地区的高空，夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带，有时它像一团火焰，有时它又像一张五光十色的巨大银幕。它轻盈地飘荡，同时忽暗忽明，发出红的，蓝的，绿的，紫的光芒，静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气，这种壮丽动人的景象就叫做极光。

产生极光的原因是来自大气外的高能粒子（电子和质子）撞击高层大气中的原子的作用，这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时，被地球磁场俘获，并使其朝向磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红，绿或蓝等色的极光特征色彩。

在太阳活动盛期，极光有时会延伸到中纬度地带，极光有发光的帷幕状，弧状，带状和射线状等多种形状。发光均匀的弧状极光是最稳定的外形，有时能存留几个小时而看不出明显变化。然而，大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化。弧状的和折叠状的极光的下边缘轮廓通常都比上端更明显。极光最后都朝地极方向退去，辉光射线逐渐消失在弥漫的白光天区.造成极光动态变化的机制尚示完全明了。

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