伍岳明 （wuyueming001@hotmail.com）　2007.09

对于地球，它的内部构造决定了其磁场的形成与磁偏角的大小。地球由一个固态的巨大铁质内核、液态的金属地幔和岩石地壳组成。地核的温度高达 5540℃左右，高温使地核中少量原子的电子脱离原子核引力从原子状态分离出来，变成了自由电子，同时令构成地核的少量原子失去电子变成带正电的离子，这是一种典型的低温状态下的等离子体。但是这种处于地心高压下的等离子体与常压下的等离子体很不一样，它们能在地核中巨大挤压力作用下，像水中的气泡一样飘浮到地核与地幔的交界处，形成一层构成地核外层的 “电子气海洋”。这层包围在地球固体铁核外的连续流动的“电子气海洋”就像一些有电流的线圈，遵循一个物理学的定律：运动的电荷产生磁场，地磁就这样形成了。这就是解释行星磁场形成的所谓 “磁流体电机理论”。

在人类探索自然活动过程中，在很长的时期内，人们把电和磁看成相互独立的现象，并不知道它们之间有什么联系。直到 1820年奥斯特发现电流可使磁针偏转，即电流产生磁力，这是将电与磁联系起来研究的开端。此后， 1825年，安培提出了确定两电流之间相互作用及载流导体所受磁力的定律，即安培定律；毕奥—萨伐尔确定了磁场和电流之间的定量关系，即毕奥—萨伐定律。到此为至，人们一直是在静止的或恒定的状态下研究电磁感应现象，电磁学研究的一个重大进展是 1831年法拉第发现电磁感应现象，这是人们第一次对随时间变化的电磁场进行研究。电磁感应定律一方面推动了电磁在工程中的应用，另一方面它是电磁理论的一块基石。 1864年，麦克斯韦在总结前人发现实验定律的基础上，进行了创造性的理论研究工作，建立了以后以它的名字命名的麦克斯韦方程组，从而创立了完整的电磁理论体系。麦克斯韦电磁理论的建立，是 19世纪人类文明史上的重大事件，它标志着人类文明迈入了电的时代。今天，我们应用电磁理论分析行星的磁场，探讨行星的磁场与电场关系来探索大自然的奥秘。

电与磁是互相联系，互为依存不可分割的物质存在表现形式，有电必有磁，有磁必有电。行星上有磁场，则必有电场。电场和磁场是能量的表现形式，因此，人类探索地磁场起源时也必须应用电磁理论分析、探讨地球磁场与电场的关系。

人类对地磁场起源的认识是随着对地球内部结构认识的不断深入而不断发展的。地球在演化过程中形成了地核、地幔和地壳的同心层结构，地核又分为内核和外核。根据地震波的探测表明，内核为固体，外核为液态的高温、熔融重金属（铁、镍）物质。随着对地磁场观测的增多和数据的积累，以及磁学和相关物理研究的发展，人们曾先后提出许多磁场起源学说。成功的地磁场起源学说须能计算地磁场的磁场强度；能解释地球偶极磁场的结构及其长期变化、西向漂移；地磁场的极性倒转等。笔者斗胆提出的“共旋起电”磁场起源假说能做到上述几点；有定性分析、有定量计算。恳请专家学者斧正。

地球表面存在着电场，可以用电场强度测量仪测出，晴天地面的平均电场强度为 130伏/米，可以肯定地核面的电场强度则更大，专家认为地球有一个电场的再生机制，否则，在 5分钟内地球电场会泄漏以尽。那么地球的电场是如何产生的呢？笔者在第一章第四节，“共旋起电”理论剖析“感应起电”实验中认为是“共旋起电”所产生。该文通过“共旋起电机”实验告诉人们：共旋起电的电荷性质及电荷量与“共旋起电”系统内所处的空间和时间位置有关。“共旋”假说认为：大自然也有自我复制能力；引力波和“共旋起电”的电场波均属该能力的表现；笔者在第一章第五节《“共旋起电”的电量计算》中已列出“共旋起电”的电量计算公式是： （ 8。11）

若地核半径以经地震波测得的古登堡面为半径 R=3.48×,地核密度ρ，按教科书： ； ； ；进行计算：则地核面应有：;库仑的电量。

现代物理学告诉我们：电荷周围伴随着相应的电磁场，电荷所伴随的电磁场正是它同其它电荷能够实现相互作用的必要中介。笔者认为是地球金属内核因共旋（左转）起电，而在地核面的不同卦面产生不同电荷、形成不同电位；从而产生涡电流使外核熔融成为液态。这是地球热能之源、电能之源、也是磁能之源。由于地核电位很高而且不同卦面电位不同，在产生涡电流的同时，也向空间泄漏，使地球保持一个带负电的准静电球体。地球的晴天大气电场的变化，经测定晴天电场的变化与地方时无关，即全球大气电场的变化是同步地发生，一天之内，大约在格林威治时间 18：00左右出现极大值，在4： 00左右出现极小值。其原因就来源于此。由于液核表层的涡流会产生地球的非偶磁场。全球有若干个洲际规模的非偶极磁场中心场，其极性有正有负。根据测定，非偶极场中心的垂直强度最高可达 0。18奥，相当于地磁场平均强度的30-35%。这些事实反映地核表层涡流的左旋或右旋，及涡流的旋转速度和旋转涡流电荷量的大小。

带负电的液态外核旋转运动产生了地球的偶极磁场。若设地核的带电量为 Q，根据电磁学中的高斯定理，铁镍金属导体的液核随地球自转时，液核中的电荷也在转动.则地球北极的磁场强度，应该如下计算：（见图 8.11 地球磁北极磁场强度的计算）

电磁学中的毕奥萨伐尔定律告诉我们：载流导线或者运动电荷，在磁场中某点所产生的磁感应强度 ，是由所有电流元或所有运动电荷量在该点所产生的 的迭加。即：

（ 8.12）

式（8.12）中的为 A点运动点电荷量，为A点运动电荷的速度，图中的 为北极到运动点电荷的距离，显然 的方向垂直于和 的平面，方向为矢积 的方向。因与 的方向垂直，所以有： （ 8.13）

将分解成平行 Z轴线的分量和垂直于Z轴线的分量 两部份，它们的大小分别为：和 ；式中α是与 Z轴的夹角。考虑A点运动点电荷所在直径另一端的运动点电荷在 P点的磁场，可知它的与A点产生的 的大小相等方向相反，因而相互抵消。由此可知，垂直于 Z轴运动电荷在P点产生磁场的垂直分量：∫=0，因而 P点的合磁场的大小为： ；

∵ ∴ ；

式中R为地核面之半径。∵ 而 ；

又 ∵ 而 ； ；

r为地磁北极到地心距离与地球半径相当，则：

（ 8.14）

图8.11 地球磁北极磁场强度的计算

∴

=T= G； 即：地球磁北极的磁场强度为高斯。

实测地磁北极磁场强度为0.6高斯，经分析原因有二：一是可能实际地核密度应比估计值高得多，在高温高压的条件下，铁镍液核密度与常温下金子的密度差不多，经计算地核密度为 17.5克/(立方厘米)时，地磁北极的磁场强度会有 0.6高斯；二是因地核面电荷密度受共旋梯力的作用呈：关系，即赤道区电荷密度大，两极小，∴ ; 故有： = 0.6G（高斯），与实测相符。

应用“共旋起电”机理也能对地轴的钱德勒摆动、地球磁场西向漂移；地磁场的极性倒转等均能做出合理的解释。

地球偶极磁场的磁轴与地轴斜交一个角度 ， ，笔者认为主要是受太阳风作用之故。地球液态的外核相对于固态的内核和地幔等圈层之间存在着互相耦合，又有差异的运动。当地球在星际空间运动过程中，太阳风作用于地球偶极磁场，产生一个力矩，迫使地球液核转轴与地理轴之间相交 11。5°的偏角。由于是带电液核运动而产生磁场，因此地球磁轴不可能是条直线，磁南北极各在 67S，143E和75N， 101W处，与地理南北极相距约2600和1600公里。地球液核每天的自转过程中，受太阳风的磁压力影响，使液核表面的流体运动变得错综复杂。笔者在第五章第三节《行星潮汐力调控太阳黑子周的机理探索》中 ,认为陈协珍等人提出的《行星摄动力对太阳活动的调制》的观点是正确的。通过行星对太阳表层起潮力的计算，认为主要是木星和金星的起潮力调制太阳活动。而太阳活动通过太阳风磁压力作用于地球偶极磁场，对地球液核产生一个摆动力矩，摆动的地球液核突出部份加大对地幔的摩擦力，好比车轮的刹车，加大制动力矩，使地球转轴发生进动，出现 14个月周期的钱德勒摆动。14个月的周期是这样计算的：木星和金星对太阳的起潮力最大时应是木星金星运行会合时，木星和金星运行会合周期是： 1/S=1/T-1/M=1/0.615-1/11.86=1.5417， S=0.6486(年)，也就是每隔0。 6486年的周期，太阳有一个小黑子周，而地球绕太阳一周是1年，则小黑子周与地球近日点的运行会合周期为： 1/J=1/S-1/D=1.5417-1=0.5417， J=1.846(年)。在1。 846年中太阳上的小黑子周有二次多作用于近日点上的地球液核，与天象的太阳黑子周一样，太阳黑子周期为： Y=M-J=11.86-0.6486=11.2(年)，同理：作为地象的极移（也就是钱德勒摆动）周期也有： Q=J-S=1.846-0.6486=1.197(年)=437天；与实测钱德勒周期 425～440天完全符合。

地球磁场的西漂机理，“共旋”理论是这样认为的：地球自转时，地球金属内核因共旋（左转）起电，而在地核面的不同卦面产生不同电荷、形成不同电位；从而产生涡电流使外核熔融成为液态。是流体的液态外核使固体地球运动变得错综复杂。密度高转动惯量大的地球内核仍快速旋转，与转轴距离远转动惯量大的幔壳圈层次之，液态的外核相对于固态的内核和地幔等圈层之间存在着互相耦合，又有差异的运动。因为产生涡电流又带负电的液态外核，它是地球热能之源、电能之源、也是磁能之源，其能量大减，液核的转动滞后于地幔从而出现地磁场西漂是可想而知。

另外，地球磁矩ｍ在太阳磁场Ｂ的作用下也是要发生进动的，正如转动的陀螺在重力矩的作用下，它的角动量要绕竖直轴进动一样，液核的转动电荷，它的角动量也要绕太阳磁场Ｂ平行的轴按顺时针方向进动，这也是地球主磁场西向漂移的原因。关于漂移过程中存在大约3 0年左右的周期变化，可能与土星有关，土星绕太阳一周周期为29。 4577年，由于土星与太阳的共同质心在太阳内部，土星的潮汐力也会调控太阳周磁场，太阳黑子周磁场又作用于地球磁场，从而产生地磁西漂过程中存在大约3 0年左右的周期变化。

地球偶极磁场极性的倒转机理是任何地磁场起源学说必须回答的问题 , “共旋起电”磁场起源假说是这样解释的:认为是地球的卫星 —月球在起作用, 图 8.12是地球磁场倒转机理示意图：图中a为地月公共质心到地球质心的距离、 b为地核半径、c 为地球至月球的质心距。从图中发现地核半径 b与地月公共质心a相近。根据对古地磁的观测与研究证明地磁场的极性发生过多次周期性的倒转；根据地史资料分析：地球历史上曾多次出现大规模冰期和暖期的交替，并伴随地史中的生物灭绝事件；由近代天文观测与潮汐资料证实月球大约以5.6cm/a的速率远离地球，就是说远古时代，地月质心包含在地核之中，因此出现a=b；a<b 的情况是可能并经常发生。故共旋理论认为：上述事件与地磁的极性的周期性倒转、冰期和暖期的交替、及生物灭绝事件是紧密相连、互为因果关系的。

图8.12 地球磁场倒转机理示意图.

共旋假说认为：共旋起电的电场和场源电荷也遵从高斯定律：在真空中的静电场（准静电场）内，通过任意封闭曲面的电通量等于该封闭面所包围的电量的代数和的 倍。数学表达式为： ； （8.15）

当地月质心包含在地核之中时，绕地月质心轴共旋的金属地核质点也会共旋起电，使地月质心成为场源。当地核面电荷绕地月质心轴作旋转运动时，也会使地月质心轴成为磁轴，由于旋转方向一致，地心磁轴与地月质心磁轴，极性相同，它们的距离又近，磁极的“同性相斥”作用在所难免，由于地月质心磁轴相对稳定，由液核流体运动形成的地心磁轴，在地月质心磁轴磁极斥力作用下、在太阳风、银心风的磁压作用下发生地心磁轴的极性倒转是完全可能的。地心磁轴的极性倒转意味着整个地核（或液核层）的倒转，地球的幔壳虽未变，但对球上的生物是致命的。在地核（或液核层）的转动惯量的作用下，虽仍然在反向转动，但转动的速度会发生紊乱，因此就不能共旋起电，地球就会失去能源，冰期就会到来，生物就会灭绝。当地球的核幔壳重新板结在一块重新一起转动时，地球的铁镍地核又会共旋起电，地球又有了能源、又有电场和磁场，地磁场又恢复了正极性期。地球上的生命之花又会重新绽放。

→下一页 →本书目录

网站简介　投稿指南　特别声明