地球为什么会有磁场?
网友解答: 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
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。
地球磁场的来源很复杂,细节很多,目前还没有最后定论。根据我了解到的信息,大致讲一下这里的思路。
地磁场可以保护地球免受太阳风中带电粒子的撞击。在太阳系的早期,地磁场很弱,而太阳风很强。首先在太阳系诞生的早期,猛烈的太阳风会产生比现在强的多的磁场。地球在轨道上运动,会受到这些磁场的作用。
假设地球本身是个导体的话,地球就会因为“穿过”磁场而感生出电流,这些电流在导体中动起来,是会产生磁场的,这就是所谓“发电机机制”。
问题是:地球为什么会是个导体?
我们知道地球的半径是6370公里,其中铁合金存在的区域是最里面的3400公里。
地球的最中心是一个固态的(铁)核,半径有1220公里,温度高达6000开尔文,之外是个液态区域,液态区域的外面是地幔,温度是3800开尔文。
由于地幔和地核之间巨大温差的存在,液态铁会在温度的驱动下产生对流,即热的液体上升往冷的地方浮,而冷的液体下降往地球中心沉。
同时地球本身还在自转,在科里奥利力的作用下,液态铁会“旋转”起来,形成“环流”。这些环流就像螺线管上的电线,一旦电流在其中形成定向运动就会产生磁场。
为了维持地球的磁场,就必须维持液态铁中的电流,必须与电流的“欧姆损耗”抗衡。这里又是地核与地幔之间的温度差提供了驱动作用,从微观的角度说温差电效应会顺着温度的梯度建立温差电势。
现在维持地核与地幔之间的温度差就成了维持地磁场的关键。
首先地球的核心是热源,除了地核之外的物体下落到地核本身可以提供引力能外,地核还存在放射性元素,天然放射性为地核维持高温提供了主要的能源。
地球上的主要天然放射性同位素,半衰期基本上都是十亿年数量级。其次,最近的某些研究指出,在高温高压下液态铁本身的热导率不高,换句话说地核的热向外散失的速率较低。最后地幔就像一个大棉被也起着保温隔热作用。
总之,地球中心保持着相对很高的温度,而且维持着极低的散热速率,使得地球在太阳系诞生早期感应产生的电流一直维持到现在,这就是今天我们观察到的地球磁场的来源。
网友解答:地球为什么会有磁场?
答:在112年前1905年12月6日 ,挪威探险家阿蒙森探明地球有磁极。现在,让我们来了解一下,为什么地球会有磁场!
对于地球磁场的产生,古时曾流传着它来自北极星的神话。随着近代科学技术的发展,人们对地球磁场的观测不断增多,对地球结构的研究不断深入,先后出现了许多学说,试图解释地球磁场的产生,但并没有一个定论。有人认为地球内部有一个巨大永磁体并导致地球磁场产生;有人认为地球内部有巨大的电流而导致强大电磁场形成;还有人认为,是地球内部放射性物质所产生的热量造成地球内部温差从而产生了电流并形成磁场;除此之外,关于地球磁场的学说还有旋磁效应、霍尔效应、电磁感应等。但以上这些假说,没有一种能够充分解释地球磁场的存在。
法国科学家安培在一百多年前就已揭示了"磁现象的电本质",事实上人们早就应该明白地磁场的产生必然是与电现象有本质联系的。
直到20世纪40年代科学家们根据物理学研究的结果,高温、高压中的物质,其原子的核外电子会被加速而向外逃逸的特性提出了“发电机学说”来解释地球磁场的问题。地核在6000K的高温和360万个大气压的环境中会有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,可以总结出这样一句话:电动生磁,磁动生电。所以,要形成地球南北极式的磁场,必然需要形成旋转的电场,而地球自转必然会造成地幔负电层旋转,即旋转的负电场。
20世纪90年代以来,地球物理学家用计算和模拟的方法证明,当地球内核转得比液态外核快,那么经过几千年就可形成相对稳定的磁场,而在一定时期之后,其极性又可以反转。不过,地球内部结构复杂,影响地球磁场的因素又很多,因此这个假说仍然需要进一步的观测和实验研究。并且,这个假说存在两个难题:一是磁流体“发电机”的能量从哪儿来;其次,这个假说需要有一个初始的磁场,而初始磁场是怎样形成的呢?这些成为了悬而未决的地球物理学重大难题!