| 何相華 劉在能摘要 宇宙射線高速穿入旋轉(zhuǎn)地球磁力線時被打偏并形成位于地球大氣層外的外磁體（磁層）,，外磁體磁場方向與內(nèi)磁體（地球磁體）磁場方向時而相反，時而相同,，它們時而互相削弱,，時而互相增強，造成地球磁極循環(huán)倒轉(zhuǎn),。關鍵詞 地球磁場 地球磁極 倒轉(zhuǎn) 磁力線 內(nèi)磁體 外磁體 宇宙射線一,、現(xiàn)有地球磁場形成理論目前主流科技界普遍認為地球內(nèi)部液態(tài)鐵質(zhì)流圍繞地球核心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生地球磁場。一個行星要具有磁場,，就要求它既具有足夠快的自轉(zhuǎn)速度,，又具有熔融的鐵磁體核心，由于此理論與太陽系中一些行星的磁場狀態(tài)相符合,，如金星旋轉(zhuǎn)速度極慢（自轉(zhuǎn)周期243天）,，即使它具有熔融鐵磁體核心，也不能形成磁場（金星是太陽系中唯一無磁場的行星）,，而地球,、火星既具備足夠快的自轉(zhuǎn)速度（地球自轉(zhuǎn)周期23小時56分、火星自轉(zhuǎn)周期24小時37分）,，又具備熔融鐵磁體核心,，故能形成磁場，因此而被奉為地磁學的經(jīng)典理論,。二,、地球磁極倒轉(zhuǎn)事件及倒轉(zhuǎn)周期 1906年，法國科學家布容在對法國司巴夫中央山脈地區(qū)的熔巖進行考察時發(fā)現(xiàn)那里的巖石具有與現(xiàn)代磁場方向相反的磁場極性,；《科學日報》2002年2月20日報道：俄羅期中央軍事技術研究所研究員沙拉姆別利杰宣布,，該所成功地測量到了地球磁極漂移現(xiàn)象,，測量結(jié)果表明，地球磁極目前已漂移了200千米,；《大眾科技報》2002年3月26日報道：據(jù)俄羅其媒體報道,，近日一個國際北極考察組織稱自1970年以來，地球北部磁極的年平均移動速度已由10公里增加到40公里,。 1967年科學家斯蒂納提出,，地磁場極性的變化，與地球隨太陽系環(huán)繞銀河系中心的運動有關,，太陽系繞銀河系中心運行一周的2.74億年中大約要上下往復三次多,，平均往復一次的時間0.77億年即為地球磁極倒轉(zhuǎn)周期；英國《自然》雜志刊登的一篇文章稱：從大約6億年前的前寒武紀末期,，到約5.4億年的中寒武紀,，是反向磁極為主的時期，從中寒武紀到約3.8億年前的中泥盆紀,，是正向磁極為主的時期,，中泥盆紀到約0.7億年前的白堊紀末，還是以正向磁極為主,，白堊紀至今,，則是以反向磁極為主；英國地質(zhì)學家亞蘭托馬斯教授提出：從前地球磁極大約每隔25萬年翻轉(zhuǎn)一次,，自上一次地球磁極翻轉(zhuǎn)以來,，地球磁極已有100萬年沒有翻轉(zhuǎn)了，下次地球磁極翻轉(zhuǎn)也許等不了多長時間,；英國利茲大學的地磁學專家安迪•杰克遜博士提出：地球磁極倒轉(zhuǎn)一般每隔50萬年出現(xiàn)一次,，但自上次發(fā)生后，已有75萬年沒有出現(xiàn)過了,；華盛大學的科學家羅納德•麥里爾提出：地球磁場兩次翻轉(zhuǎn)的時間間隔最短在2～3萬年間,最長可能是5萬年;美國科學家布德福•克萊門在分析了世界各地區(qū)取來的地層沉積樣本,，這些沉積樣本分別屬于四個不同地理歷史時期，它們殘留有當時地球磁場的信息,，通過對這些樣本的分析推測,，地球磁場完成一次顛倒大約需要7000年。三,、地球磁場倒轉(zhuǎn)的各種假說雖然對于地球磁場倒轉(zhuǎn)過程需要多長時間,，科學家的研究一直處于猜測狀態(tài)，從幾千年到近億年的都有,，但是,，地球磁極的漂移和倒轉(zhuǎn)卻是不爭的事實，對于地球磁極倒轉(zhuǎn)這件威脅到人類生存的大事件,，到底是什么原因造成的,，科學家提出了各式各樣的假說：《中國地質(zhì)大學學報》2005年第3期劉廣潤等攥文稱：當外星沿與地球自轉(zhuǎn)的正逆方向撞擊地球時引起地球轉(zhuǎn)速快慢變化,，可導致地球內(nèi)部核與幔圈層之間的轉(zhuǎn)速相對快慢關系（相對運動方向）發(fā)生改變，從而受其控制的液核渦旋方向及相應的地磁場方向會隨之改變,，于是就形成了地球磁極的倒轉(zhuǎn),；1967年,，科學家斯蒂納提出,，地球磁場極性的變化，與地球追隨太陽環(huán)繞銀河系中心的運動有關,，銀河系中心也存在一個磁場,，它集中在銀道面上，并在銀道面上呈相反方向,，當太陽系在環(huán)繞銀河系中心運動時,，會在銀道面上下作波狀起伏運動，造成地球磁極反復顛倒,；1989年,，在美國巴爾的摩舉行的全球氣候變化和環(huán)境污染國際研討會上，美國科學家繆拉提出了氣候變化導致地球磁極倒轉(zhuǎn)的見解,；《科技日報》2002年4月17日第2版的一篇文提出是地球外核內(nèi)部的熔融鐵流（以約1米/小時的速度緩慢前行）導致了相對磁極彼此倒轉(zhuǎn),。關于地球磁場的形成及地球磁極倒轉(zhuǎn)的假設雖有許多種，但目前大多數(shù)科學家比較一致的意見是：地球磁場是地球內(nèi)部液態(tài)鐵質(zhì)圍繞著地核心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的,，當?shù)厍騼?nèi)部的液態(tài)鐵流發(fā)生某種變化時,，就可能導致流動方向的180度旋轉(zhuǎn)，使地球磁極發(fā)生顛倒,。這些假說雖然似乎有些道理,，但又都經(jīng)不起仔細推敲，如外星撞擊導致地球磁場倒轉(zhuǎn),，則地球在歷史上應正反倒轉(zhuǎn)過幾回或轉(zhuǎn)速曾有過大的變化,，顯然經(jīng)不起考證；太陽系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)時,，是否沿銀道面上下波狀運動毫無證據(jù),，也不太可能；至于氣候變化和熔融鐵流的緩慢前行導致地球磁極倒轉(zhuǎn)更缺乏說服力,。地球磁極倒轉(zhuǎn)顯然不是一些偶然的具體的突發(fā)事件及一些毫無證據(jù)的猜測,。四、宇宙射線與磁層地球處于宇宙射線的包圍之中,，科學家經(jīng)過對宇宙射線的測量結(jié)果表明：宇宙射線隨晝夜和時間的變化極其微小,，而且由宇宙空間不同方向射來的宇宙射線具有相同的強度。由大氣外層進來的宇宙射線為初級射線,，初級射線高能質(zhì)子占85.9%,，α粒子占12.7%,，此外還有從氦到鐵的各種元素的原子核，約占1.4%,，初級射線中每個粒子能量常在109～1011電子伏,，最高的達1021電子伏，說明它具有極高的速度,。由初級射線在大氣層中產(chǎn)生的次級粒子叫次級射線,，初級射線到達靠近大氣層頂部的高空時，核子部分還是占較大的比例,，在大氣層比較下層的部分出現(xiàn)了一些新粒子,，多數(shù)是由兀介子衰變而成µ+、µ-,，另外還有少量的兀+,、兀-、兀0,。由此可見,，宇宙初級射線是高速運動的帶正電高能粒子，在大氣層頂部以上都是初級射線,，僅到了大氣層底部才變成正負電荷基本相等的次級射線,。宇宙射線高速穿過地球磁場時，必然會受到地球磁力線的作用,，正如希臘業(yè)余科學家克里斯托菲洛斯（Nichholas Christofilos）于1957年所提出的：宇宙射線中的帶電粒子將受到地球磁力線的偏析,，沿螺旋線繞著地球磁力線從北磁極跑到南磁極又跑回去，形成一個圍繞地球的輪胎型電荷密集區(qū),，這個密集區(qū)遠在大氣之上,。這個遠在地球大氣之上的胎型電荷密集區(qū)是個高速運動的電荷密集區(qū)，由電磁學原理可知,，運動著的電荷必然會產(chǎn)生磁場,，又因遠在地球大氣之上的高速運動著的胎型電荷是被地球磁場打偏的，故由它產(chǎn)生的磁力線方向必與地球磁力線方向相反,，這樣一來,，在地球及地球大氣層外以上空間就形成了兩個大磁體，地球及大氣內(nèi)層構(gòu)成一個內(nèi)磁體（即地球磁體）,，遠在地球大氣層上的由胎型運動電荷構(gòu)成的包圍著內(nèi)磁體的外磁體,，內(nèi)磁體與外磁體磁極極性相反。1958年美國的物理學家范艾倫（James Alfred Van Allen）指導一個研究小組用火箭進行觀測,，證實確實存在這樣的區(qū)域,，這個區(qū)域起先叫做“范艾倫帶”，后來叫做“磁層”，外磁體就是這個“磁層”,。五,、地球磁極倒轉(zhuǎn)的原因宇宙射線時刻不停地射向地球，造成外磁體的磁場強度不斷增加,，而外磁體與內(nèi)磁體的磁力線方向是相反的,，這樣，不斷增強的外磁體就不斷削弱著內(nèi)磁體磁場強度,，致使內(nèi)磁體磁場強一步步減弱至零,，然后又轉(zhuǎn)變成與外磁體磁場一致的方向，地球磁極就顛倒了一次,，內(nèi)磁體得到外磁體的磁化而磁場強度一步步增加,，此時,，由于內(nèi)磁體磁力線反向而使宇宙射線向原來的反方向偏轉(zhuǎn),，由它產(chǎn)生的磁場與外磁體磁場方向相反，進而一步步削弱外磁體的磁場強度一直至零,，然后轉(zhuǎn)向,，轉(zhuǎn)向之后一步步增強。如此這樣,，內(nèi)磁體（地磁體）與外磁體（范艾倫帶或磁層）的磁極就不斷地轉(zhuǎn)向,，且磁場強度時強時弱。六,、星體形成磁場的條件從磁性性質(zhì)方面分類,，物質(zhì)分為三類：①鐵磁性物質(zhì)（包括鐵、鈷,、鎳三種金屬,，極易被磁化并產(chǎn)生很強的磁感應強度，導磁率極高）,；②順磁性物質(zhì)（如氧等能被磁化的物質(zhì)）,；③逆磁性物質(zhì)（如氮等不能被磁化的物質(zhì)）。一個星體是否具有熔融的鐵鎳核心不是形成磁體的條件,，地核就算有熔融的鐵鎳核心在旋轉(zhuǎn),，由于鐵鎳核心整體是電中性的，旋轉(zhuǎn)的電中性物質(zhì)不能形成磁場,，整個太陽系九大行星中僅金星無磁場,，類木行星中僅土星有重核（不是熔融核心，也不是鐵鎳核心）,，其它如木星,、天王星、海王星,、冥王星都無重核,，且全部由輕氣體及冰物質(zhì)構(gòu)成,，如木星、土星至少都含有93～97%的氫,，剩下的大部分是氦,，但它們都具有磁場強度，其中木星的磁場強度是太陽系中最高的（1974年,，先鋒10號飛船測定木星磁場強度為6高斯）,，是地球磁場強度的20余倍。一個星體只要它稍快旋轉(zhuǎn)和構(gòu)成物質(zhì)中含有鐵磁性物質(zhì)或順磁性物質(zhì)（含有鐵磁性物質(zhì)及順磁性物質(zhì)的物體可成為軟磁體）,，則這個星體就能形成磁場,，含有的鐵磁性物質(zhì)和順磁性物質(zhì)越多，旋轉(zhuǎn)得起快,，則這個星體的磁場強度就越強,，太陽系九大行星自轉(zhuǎn)周期及直徑如下：名稱 自轉(zhuǎn)周期(小時) 直徑（公里） 直徑/周期(小時) 以地球為1的倍數(shù)水星 1407.5 4880 3.47 0.0065 金星 5832 12100 2.07 0.0039 地球 24 12756 531.5 1 火星 24.6 6787 275.9 0.519 木星 9.8 142800 14751.43 27.75 土星 10 120000 12000 22.58 天王星 17.24 51800 3004.64 5.65 海王星 16 49500 3043.75 5.82 冥王星 153.28 2700 17.61 0.033 類地行星都有熔融的液態(tài)鐵鎳核心，但鐵鎳在居里點（約800℃）以上變成了逆磁性物質(zhì),，故這種熔融的鐵鎳核心反倒造成類地行星的磁場強度低于類木行星,。類木行星中冰物質(zhì)（H2O）含順磁性物質(zhì)氧，故它們可被磁化,，類木行星是比類地行星易磁化的軟磁體,，行星的磁場強度基本上與線速度（直徑與周期的比例）成正比。九大行星中磁場最強的是木星,，其次是土星,，最弱的是金星（幾乎全無）。七,、地球磁極倒轉(zhuǎn)周期在正常情況下地球磁極倒轉(zhuǎn)周期基本上恒定,，當遇上太陽上出現(xiàn)強磁暴及太陽系附近有超新星爆發(fā)時，則傾向地球的宇宙射線大大增強,，會造成倒轉(zhuǎn)周期縮短,；如果地球隨太陽系長期在宇宙射線密度稀的太空中漂移，則地球磁極的倒轉(zhuǎn)周期會延長,。在太陽出現(xiàn)強磁暴期間,，外磁體（磁層）的邊界被太陽風“吹成”流線型的淚珠狀，在面向太陽的一側(cè)磁層是平緩光滑的,，在背向太陽的一側(cè)變成一條長尾巴,，在正對著我們的方向出現(xiàn)太陽耀斑時，產(chǎn)生局部加熱了的太陽風,，這是壓向我們的一陣帶電粒子風暴,，它使得磁層粒子泛濫，粒子異常多地傾瀉到極區(qū)，使得極光增強（我國歷史上關于極光的記載非常豐富,，僅從公元一世紀到十世紀期間據(jù)初步查獲的史料約有170次左右）,，引起地磁的不規(guī)則性，磁暴產(chǎn)生后擾亂了無線電通信工作,，地球磁極倒轉(zhuǎn)周期也大大縮短,。如果地磁場正在減弱，科學家可通過測量一定時間內(nèi)（如1年,、5年,、10年、20年,、50年）的地磁場減弱程度,，并找出地磁場減弱的規(guī)律（如為線性關系則計算極為簡單），可計算出地磁場減弱至零的時間,，這樣就測算出了地球磁極下次倒轉(zhuǎn)的時間,。八、地球木星等行星中心熱能來源地球核心有高達5000℃的熔融球體,，它將通過地墁,、地殼不斷向外散發(fā)熱能,，因為組成地墁和地殼的巖石和土壤都有一定的導熱系數(shù),，另外還有巖漿爆發(fā)，地熱水釋放散發(fā)了大量的熱能,，且地球上已挖掘出了35億年前的生物化石,，說明地球表面在35億年就具有適合生物生存的環(huán)境，那時的地表溫度就應在50℃以下,，地球已經(jīng)過了漫長的35億年以上的散熱時間,，但現(xiàn)在仍有一個那么大的高溫核心，說明地核應一邊在吸熱才能維持,，地球從哪里吸收能量呢,？地球外表周期性的磁場變化就提供了這種能量，整個地球就象一個大感應加熱電爐,，變化的地球外層磁場將地球核心的鐵鎳和其它能導電的物質(zhì)加熱,。科學家已測量出木星散發(fā)的熱能比吸收的太陽能大三倍,，這多余的能量從哪里來,，有的科學家推測可能是放射性發(fā)熱或木星上進行了核反應，但木星那么低的溫度不可能進行核反應,，且木星物質(zhì)主要是輕氣體和冰,，沒有鈾、環(huán)等放射性原料，也不可能有放射性發(fā)熱,，原因也在于變化的木星外磁場加熱了含導電物質(zhì)的木星球體,。九、地球磁極倒轉(zhuǎn)時對地球人類的影響地球磁極倒轉(zhuǎn)之時,，地球無磁場,，太陽粒子及宇宙射線將會猛擊地球大氣層，對地球氣候和人類命運產(chǎn)生致命的影響,，一些低軌道的人造衛(wèi)星將完全暴露在太陽電磁風暴的吹打中,，不久就會被完全摧毀。許多靠地磁導向的生物,，諸如燕子,、羚羊、鯨魚,、鴿子和超磁性細菌等,，都會迷失方向，這是目前人類對地球磁極倒轉(zhuǎn)的悲觀看法,，其實由于地球及外圍存在大小兩個磁體,，當?shù)厍驘o磁場時，正是磁層磁性最強的時候,，因此,，在地球磁極倒轉(zhuǎn)之時，雖地球無磁性,，但地球外層空間存在一個強磁體——磁層,，這時，磁層肩負著保衛(wèi)地球的命運,。雖然地球磁極倒轉(zhuǎn)會給地球造成一定的影響,，但不是致命的，人類既不要悲觀失望,，也不能掉以輕心,。 參考資料：（1）張玉哲•中國大百科全書天文卷[M]•中國大百科全書出版社1980 （2）（美）I•阿西摩夫•宇宙[M]•科學出版社1984 （3）（美）GB菲爾德•宇宙演化[M] •科學出版社1985 地址：湖南省廣和化工有限公司何相華 總工程師 13548698928 地址:湖南省寧鄉(xiāng)縣寧鄉(xiāng)大道 |
