关于地磁场起源的假说

6.灵感与现实——地磁场理论与假说

历史上第一个提出地磁场理论概念的，是英国人吉尔伯特。他在1600年提出了一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。

1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法。这样，地磁场的测量和起源研究就都可以用数学理论来表示了。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。

科学家们经过不断地探索和研究，现在已基本掌握了地磁场的分布与变化规律。但是，对于地磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。

目前，关于地磁场起源的假说，归纳起来可分为两大类：第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有理论的特殊规律。

高斯

第一类假说中，比较具有代表性的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷。这两种电荷，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。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系，来解释地磁场的成因。但是，这个假说却有着致命的缺点：首先，它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，因此由它产生的磁场也是非常微弱的。根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行。因此，理论计算的结果和实际情况的出入很大。

磁力仪

以地核为前提条件的地磁场假说，也属于第一类假说。弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而产生的。同时，电流自身形式的场，就是连续不断的再生磁场，就像发电机的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，也解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通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。事实上，这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。

旋转电荷假说

质子磁矩的运动

另外，属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等。但是，这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。

空间探测工程

关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。1947年，布莱克特提出：任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，还不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的关系。

卫星测量出来的国际参考地磁场

关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中。目前，还没有一个具有相当说服力的理论对地磁场的成因作出解释。