转载自“中科院高能所”微信公众号
他是最受媒体欢迎的科学家，也是会写诗的天文学家，尽管工作任务极为繁重，仍坚持以极大的热情投身科学传播，他就是张双南研究员。
我们特别收集整理了“悟空问答”上张双南研究员对部分提问的回答, 与您共享科学。本文为张双南问答系列第十二则。
如果您有问题，可以在“悟空问答”提问。或者留言提问，小编代为转发。由于科研任务繁重，张双南研究员会在方便的时候挑选一些问题回答。
张双南，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院粒子天体物理重点实验室主任。研究领域为黑洞、中子星、宇宙学和空间天文。天宫二号“天极”伽玛射线暴偏振测量项目、“硬X射线调制望远镜”卫星项目以及若干大型国际合作空间天文项目首席科学家。
入选国家杰青、长江教授、“千人计划”。获“赵九章优秀中青年科学奖”、意大利Ferrara大学“哥白尼科学家奖”。
1、地球为什么会有磁场？地球磁场是怎样产生的？
2、火星的磁场为什么会消失？地球磁场会不会也消失？
1、地球为什么会有磁场？地球磁场是怎样产生的？
最简单的回答是：不知道！
目前地球磁场的构型如上图所示，其磁极的南北极方向和地球的自转轴的地理南北极不完全重合，而且在地球的历史上南北磁极出现过多次的倒转，也就是南北极互换。但是地球磁场的起源仍然是地球物理学的重大未解之谜之一，由于这不是我的研究领域，我不清楚目前最新的研究进展，只能介绍一下所谓的“主流”理论模型，也就是所谓的“发电机机制”，而这也被认为是大部分天体，比如太阳、恒星和太阳系内其他有磁场的行星的磁场的起源的主要机制。
“发电机机制”的主要原理是基于地球的内部结构，也就是地球的核心（称为“地核”）里面有高温的导电流体，地核的冷却主要是靠和地幔的对流，这样就产生了运动的导电。假如地球内部一开始有微弱的“种子”磁场（比如局部的微弱电流就可以产生局部的微弱磁场），导电的流体随着地球的转动就会和“种子”磁场作用，类似于通电的线圈在永久磁铁中的相对运动，根据法拉第电磁感应定律将会产生感应电流，如上图的螺旋所示，这个过程类似于发电机，所以称为发电机机制。而电流环又如上图所示会产生产生磁场（电磁铁的磁场就是这么产生的），最终就形成了地球的偶极磁场结构。由于这个过程需要局部微弱电流产生的“种子”磁场，所以这个机制也被称为“自激发发电机机制”。
至于地球的磁场的长期演化以及为什么会倒转，目前也没有彻底解决，但是肯定和地球内部的结构的形成和演化有密切关系。随着人们对于地球内部结构的进一步研究，相信最终会彻底揭开地球的磁场的起源和演化之谜。
2、火星的磁场为什么会消失？地球磁场会不会也消失？
我前面的回答简单地解释了地球磁场起源的一种最流行的“自激发发电机机制”，而这个机制被认为是宇宙中大部分天体的磁场产生的最主要机制，因为所涉及的物理过程就是标准的麦克斯韦电磁场（波）理论，而所应用的天体也的确有这个机制发挥作用的结构和环境。但是如果用到火星，就还得解释火星的磁场为什么比较快的消失或者变得非常弱了？
同样，由于这不是我的研究领域，我也不清楚目前最新的研究进展，只能简单介绍比较流行的所谓“主流”模型。既然产生磁场的罪魁祸首就是天体的自转、内部有导电的高温流体以及微弱的“种子”磁场这三个条件，那么我们可以看看这些条件目前火星还有没有？首先，火星还在自转，而只要内部有高温的导电液体，就会产生“种子”磁场，就会通过发电机机制最终产生大尺度的磁场。所以最大的可能就是火星内部也许以前有的是现在没有高温的导电液体了，而则极有可能是火星内部冷却导致其高温导电液体变成了固体，无法继续产生对流，当然发电机机制就停止运行了。如果这是火星磁场消失的原因，那么地球内部的冷却最终也会导致这样的后果，使得地球磁场消失，只不过地球的质量是火星质量的大约十倍，内部的高温导电液体要多得多，所以冷却就会慢得多。
最近有些学者提出了另外一个机制，火星的磁场是由于它和围绕它运行的一个小行星的相互作用产生的，这个小行星的引力诱发了火星内部的导电液体的流动，使得发电机机制工作。但是后来这个小行星最终撞击到了火星上，火星失去了这个伴侣之后，内部的导电液体就逐渐停止了流动，磁场也就逐渐消失了。如果这是火星的磁场产生和消失的机制，而由于地球的磁场很显然不是这样产生的，地球的磁场也许就不会消失，至少不会像火星的磁场那样迅速消失。
因此，深入理解地球和火星的磁场的起源和演化机制异同，对于我们理解地球未来的命运是很重要的。
张双南问答
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