地磁场是怎样形成的？

我国古人早就对地磁现象有所认识。11世纪时，北宋沈括就在其名著《梦溪笔谈》中明确指出磁偏角的存在。不过，沈括并不知道磁偏角是地球两极与地磁两极不重合造成的，当然更不知道还存在着与此紧密相关的地磁场。

我们知道，地球本身就好像是一个大磁铁，那么它就与磁铁一样，也会有磁场。但是，地磁的许多性质是很奇特的。比如，它并不总是恒定的，而是随时间在非常缓慢地变化。古地磁学研究表明，地磁场的磁极还会发生倒转。

要想解释地磁场的这些奇特性质，就要首先研究地磁场是怎样形成的。

第一个提出“地磁场成因理论”概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一个论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理的两极相重合。他的理论确立了地磁场与地球的关系，指出了地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。但是，他的理论过于简单，对地磁场的许多特性都不能给予解释。

1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因在地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法，使得地磁场的测量和地磁场起源的研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理解。

目前，关于地磁场起源的假说可分为两大类：第一类假说是以地球表面上通过观测得来的并通过试验已经确定的物理定律为根据；第二类假说否定了这些定律，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知定律的特殊定律。

属于第一类地磁场起源的假说有旋转电荷假说。它假定地球上同时存在着等量的异号电荷，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。但是，这个假说不能解释电荷是怎样分离的。

以地核为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说。还有弗兰克提出的“发电机效应理论”，它认为地核中的电流，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而形成的。同时，电流自身形成的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值，但是在应用这种模型的时候，很难解释在地核中的这种电路是怎样经过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布在平行于赤道面的平面内的。

属于第一类的还有“漂移电流假说”、“热力效应假说”和“霍尔效应假说”等，但这些都不能很好地解释地磁场的奇异特性。

属于第二类假说的一个典型代表就是“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，这又与旋转体内是否存在电荷无关。磁矩与机械转矩成比例。但是，直接证明旋转物体磁场的存在是非常困难的。现在测量磁场的技术能够测出非常微弱的磁力，但却观察不到旋转体的磁效应，因而这个假说恐怕一时还不能成立。

长期以来，科学家一直致力于解决地磁场的“起源”问题，但由于对地球内部物质状态的物理过程了解太少，一系列理论问题尚未解决，只好让这个疑问存在下去。 HNGzH2axvU62LEWJF0aDQRDHeC2fnJBZnT6bJ3lxTgc+CsAiiD3lMSFSAS8mOq0G