地球为什么会有磁场?
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我们知道地球本身就像一块“大磁铁”,这个大指的是个头大,而不是磁场强度强。地磁场本身是很弱的,大概是25-65微特斯拉,即1特斯拉的十万分之一。
作为比较,冰箱磁铁的典型数值是5毫特斯拉,即1特斯拉的千分之一量级。太阳黑子的典型磁场强度是0.3特斯拉,核磁共振的磁场强度是1.5-3特斯拉。
物理实验中用的超导磁铁可以达到3-8特斯拉,之所以要用超导磁铁,是因为需要太强的电流才能产生这么强的磁场。如果是用正常导体的话,由于导体的电阻不是零,导线会因为产生太多的热量而熔化。
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最简单的是: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。
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宇宙中所有的物质都有磁维涵(磁场)因为每个个体都要在宇宙体内生存运动,但是又不像人类有手可以抓拿获取所需物质,或攀附着其他的体运动,可是宇宙给每个个体天生的本能——磁维涵(人们所说的万有引力,说万有引力还不准确,宇宙内部最小的个体——元息机体,体内的热能物质与冷能物质趋于等量时达到最佳状态,引力场会消失),地球受到周围空间天体的压迫力越大,地球向周围空间发出的磁维涵引力场就越大。
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地球磁场的物理本质是电生磁效应,即地球内部的电流产生了地球磁场。地球内部怎么还会有电流呢,难道地球还有电吗?
其实,地球本身是不带电的,其总体的正电荷与负电荷是相等的,但地球的局部却因电荷分布不均匀而带上了电。在地球内部,尤其是地核位置,其压力大,温度也非常高,因此地核处的铁原子变成了等离子体。这是因为铁原子的电子获得了足够的能量,脱离了原子核的束缚,变成了自由电子,可以到处乱跑了。
此外,地核的压力大于地幔的压力,也就是说,地核的物质都一个挨着一个,挤得要命,而地幔则相对比较宽松。在这种情况下,你说那些自由电子会往哪里跑?没错,它们更喜欢往地幔跑,地幔也因此带上了负电,而相应的,地核就带上了正电。而且,从整体上看,地幔还因为地球的自转而绕地核旋转,这样,外侧的负电荷绕着中心的正电荷旋转,地球实际上变成了一个巨大的“原子”,而电流也在地幔中流动,这就产生了地球磁场。
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地球的内部是能量——金属态氢离子,金属态氢离子的存在形式是光速流动(自旋)——光速是物质转化为能量的临界值。
大自然里的物质在常温、常压下低速运动。人类赖以生存的阳光是太阳射线以光速进入地球磁场时切割磁力线释放的电子(光子),太阳射线释放电子形成了金属态氢离子,金属态氢离子在电离层沿着磁力线运动产生新的物质(臭氧)。
人类要利用电磁力(电流),就要在磁场移动(光速旋转)导体,产生流动方向不同的金属态氢离子和电子,金属态氢离子与电子“中和”形成电流的同时在导体周围则出现磁场。
可见,光速运动(流动或自旋)的金属态氢离子——能量,产生强大的磁场与电流(金属态氢离子和电子来自周围空间);在磁场里切割磁力线的导体释放电子形成金属态氢离子的同时,沿着导线光速流动(震荡)的金属态氢离子周围必然出现磁场。
既然金属态氢离子的光速运动必然伴生磁场与电流,那么地球内核的光速自旋形成磁场就是一种自然现象。如果没有地球磁场的保护,人类就无法在地球上生存!
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题主问了一个很好的问题。问题是科学界目前对地磁场的起源也没有定论。
我们知道地球表面存在磁场,其大小大约为0.5高斯(1特斯拉=10000高斯),不同的地方、不同的时间地磁场的大小不同,甚至地磁场在不同的时候方向也会发生变化。科学家通过测量岩浆凝固成的岩石剩磁发现,地磁场的方向至少发生过一次翻转。
回到问题本身,现在比较公认的认为地磁场来源于地核。地核温度很好,约6000开,铁呈液态,铁核外电子被高温激发几乎被电离。地幔温度低于地核,电离的电子跑到地幔中。这样地核和地幔相当于一个巨大的原子,而地核与地幔的旋转角速度不同,导致总体呈现地磁场。地幔的角速度收到月亮和太阳的影响会发生变化,而地核几乎不变,这样导致地幔与地核的相对角速度大小甚至方向都发生变化,这就会导致地磁场大小和方向随时间发生变化,也就可以解释地磁场的翻转。当然,该理论还有不完善的地方,需要科学家进一步的研究。
地磁场不仅可用于导航,还保护着地球生物免受太阳风的侵害。地磁场导致吹向地球的高能带电粒子发生偏转,不至于直接入射到地球表面。极光就是这种现象的体现。
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地球的磁场是液态铁流动引起的,但是,这个说法也只是推断。
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基本原理:安培定律和法拉第定律
1820年,奥斯特发现电流或移动电荷产生磁场,物理学家安培发现,电流在导线周围的磁场是有方向的,通过将罗盘放置在导线附近的不同位置,分辨出磁场的方向是绕着导线呈同心圆。法拉第进一步发现这种关系是双向的,导线在磁场中移动时能产生电流。一个不断变化的磁场会引发电场。运动电场产生一个磁场,然后磁场产生了一个电场,电场继续产生一个磁场,以此类推。创造出一个由电场和磁场组成的循环,地球磁场也是由同样的原理产生的。
地球磁场源自于地球外核液态铁的运动
地核有两层,有一个实心内核和一个液体外核,共同构成了地球的核心。内核6000摄氏度,主要是固体铁,以自己的速度旋转。外核为2200摄氏度,主要是热的熔融铁和一些镍。
磁场源自于液态铁的运动,液态铁是一种优秀的导体,含有许多带电粒子,因此运动的液态铁导电流会形成一个磁场,产生的磁场与流动的电荷相互作用产生电场,这个循环维持就产生了一个永久的磁场,这就是所谓的地磁发电机。熔融液态铁的运动需要牺牲能量,目前科学家认为,当较轻的铁向内核下沉凝结成固体时释放的能量造成外核的对流或热流,推动了熔融铁运动。
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地球的磁场是如何产生的,具体是什么原理呢?
地球磁场产生原因:现在比较能获得公认的理论是“地球液态铁镍流体在地核外流动的发电机理论”,当然也有反对者认为铁镍流体在高温下已经完全失磁等,认为“地核极高的温度下会导致大量的电子逃逸出来,地幔间会形成负电层。按照麦克斯韦的电磁理论:电动生磁,磁动生电。所以,要形成地球南北极式的磁场”,但此理论无法解释金星为何没有磁场。
尽管现在对地磁产生原因还没有一个确切的说法,但答主认为“发电机理论”更靠谱一些;虽然我们依然搞不清楚成因,但它却一直默默的在保护地球。
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地球的磁场是由于地球自西向东自转而产生的。
由于地球的地核部分温度很高,原子被电离成带正电的原子核和带负电的电子,这样大量带负电的电子被巨大的压力排斥并挤压到地幔和地壳部分,使地幔和地壳部分的负电荷增多,地核部分的正电荷增多。
当地球绕地轴自西向东转动时,带负电荷的地幔和地壳部分转得总比带正电荷的地核部分快,因而总体上相当于大量负电荷自西向东自转,从而在地幔和地壳部分形成一个大范围的环形电流。根据右手螺旋定则,电流方向是自东向西,于是就产生了地球内部磁力线从南极出发,通过地球外部进入北极的一个巨大磁场。
金星的自转周期是自东向西反转243天,因此金星周围很难检测到磁场。太阳系中其他行星自转得较快,因此其他行星周围都有磁场。