| 何相華 劉在能摘要 宇宙射線(xiàn)高速穿入旋轉(zhuǎn)地球磁力線(xiàn)時(shí)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(chǎng)方向與內(nèi)磁體（地球磁體）磁場(chǎng)方向時(shí)而相反，時(shí)而相同，它們時(shí)而互相削弱，時(shí)而互相增強(qiáng)，造成地球磁極循環(huán)倒轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞 地球磁場(chǎng) 地球磁極 倒轉(zhuǎn) 磁力線(xiàn) 內(nèi)磁體 外磁體 宇宙射線(xiàn)一、現(xiàn)有地球磁場(chǎng)形成理論目前主流科技界普遍認(rèn)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(chǎng)。一個(gè)行星要具有磁場(chǎng)，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(yáng)系中一些行星的磁場(chǎng)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(chǎng)（金星是太陽(yáng)系中唯一無(wú)磁場(chǎng)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(shí)56分、火星自轉(zhuǎn)周期24小時(shí)37分），又具備熔融鐵磁體核心，故能形成磁場(chǎng)，因此而被奉為地磁學(xué)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(guó)科學(xué)家布容在對(duì)法國(guó)司巴夫中央山脈地區(qū)的熔巖進(jìn)行考察時(shí)發(fā)現(xiàn)那里的巖石具有與現(xiàn)代磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)極性；《科學(xué)日?qǐng)?bào)》2002年2月20日?qǐng)?bào)道：俄羅期中央軍事技術(shù)研究所研究員沙拉姆別利杰宣布，該所成功地測(cè)量到了地球磁極漂移現(xiàn)象，測(cè)量結(jié)果表明，地球磁極目前已漂移了200千米；《大眾科技報(bào)》2002年3月26日?qǐng)?bào)道：據(jù)俄羅其媒體報(bào)道，近日一個(gè)國(guó)際北極考察組織稱(chēng)自1970年以來(lái)，地球北部磁極的年平均移動(dòng)速度已由10公里增加到40公里。 1967年科學(xué)家斯蒂納提出，地磁場(chǎng)極性的變化，與地球隨太陽(yáng)系環(huán)繞銀河系中心的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，太陽(yáng)系繞銀河系中心運(yùn)行一周的2.74億年中大約要上下往復(fù)三次多，平均往復(fù)一次的時(shí)間0.77億年即為地球磁極倒轉(zhuǎn)周期；英國(guó)《自然》雜志刊登的一篇文章稱(chēng)：從大約6億年前的前寒武紀(jì)末期，到約5.4億年的中寒武紀(jì)，是反向磁極為主的時(shí)期，從中寒武紀(jì)到約3.8億年前的中泥盆紀(jì)，是正向磁極為主的時(shí)期，中泥盆紀(jì)到約0.7億年前的白堊紀(jì)末，還是以正向磁極為主，白堊紀(jì)至今，則是以反向磁極為主；英國(guó)地質(zhì)學(xué)家亞蘭托馬斯教授提出：從前地球磁極大約每隔25萬(wàn)年翻轉(zhuǎn)一次，自上一次地球磁極翻轉(zhuǎn)以來(lái)，地球磁極已有100萬(wàn)年沒(méi)有翻轉(zhuǎn)了，下次地球磁極翻轉(zhuǎn)也許等不了多長(zhǎng)時(shí)間；英國(guó)利茲大學(xué)的地磁學(xué)專(zhuān)家安迪•杰克遜博士提出：地球磁極倒轉(zhuǎn)一般每隔50萬(wàn)年出現(xiàn)一次，但自上次發(fā)生后，已有75萬(wàn)年沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)了；華盛大學(xué)的科學(xué)家羅納德•麥里爾提出：地球磁場(chǎng)兩次翻轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔最短在2～3萬(wàn)年間,最長(zhǎng)可能是5萬(wàn)年;美國(guó)科學(xué)家布德福•克萊門(mén)在分析了世界各地區(qū)取來(lái)的地層沉積樣本，這些沉積樣本分別屬于四個(gè)不同地理歷史時(shí)期，它們殘留有當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)的信息，通過(guò)對(duì)這些樣本的分析推測(cè)，地球磁場(chǎng)完成一次顛倒大約需要7000年。三、地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的各種假說(shuō)雖然對(duì)于地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)過(guò)程需要多長(zhǎng)時(shí)間，科學(xué)家的研究一直處于猜測(cè)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(zhēng)的事實(shí)，對(duì)于地球磁極倒轉(zhuǎn)這件威脅到人類(lèi)生存的大事件，到底是什么原因造成的，科學(xué)家提出了各式各樣的假說(shuō)：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)》2005年第3期劉廣潤(rùn)等攥文稱(chēng)：當(dāng)外星沿與地球自轉(zhuǎn)的正逆方向撞擊地球時(shí)引起地球轉(zhuǎn)速快慢變化，可導(dǎo)致地球內(nèi)部核與幔圈層之間的轉(zhuǎn)速相對(duì)快慢關(guān)系（相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向）發(fā)生改變，從而受其控制的液核渦旋方向及相應(yīng)的地磁場(chǎng)方向會(huì)隨之改變，于是就形成了地球磁極的倒轉(zhuǎn)；1967年，科學(xué)家斯蒂納提出，地球磁場(chǎng)極性的變化，與地球追隨太陽(yáng)環(huán)繞銀河系中心的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，銀河系中心也存在一個(gè)磁場(chǎng)，它集中在銀道面上，并在銀道面上呈相反方向，當(dāng)太陽(yáng)系在環(huán)繞銀河系中心運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在銀道面上下作波狀起伏運(yùn)動(dòng)，造成地球磁極反復(fù)顛倒；1989年，在美國(guó)巴爾的摩舉行的全球氣候變化和環(huán)境污染國(guó)際研討會(huì)上，美國(guó)科學(xué)家繆拉提出了氣候變化導(dǎo)致地球磁極倒轉(zhuǎn)的見(jiàn)解；《科技日?qǐng)?bào)》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(shí)的速度緩慢前行）導(dǎo)致了相對(duì)磁極彼此倒轉(zhuǎn)。關(guān)于地球磁場(chǎng)的形成及地球磁極倒轉(zhuǎn)的假設(shè)雖有許多種，但目前大多數(shù)科學(xué)家比較一致的意見(jiàn)是：地球磁場(chǎng)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(dāng)?shù)厍騼?nèi)部的液態(tài)鐵流發(fā)生某種變化時(shí)，就可能導(dǎo)致流動(dòng)方向的180度旋轉(zhuǎn)，使地球磁極發(fā)生顛倒。這些假說(shuō)雖然似乎有些道理，但又都經(jīng)不起仔細(xì)推敲，如外星撞擊導(dǎo)致地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)，則地球在歷史上應(yīng)正反倒轉(zhuǎn)過(guò)幾回或轉(zhuǎn)速曾有過(guò)大的變化，顯然經(jīng)不起考證；太陽(yáng)系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，是否沿銀道面上下波狀運(yùn)動(dòng)毫無(wú)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(dǎo)致地球磁極倒轉(zhuǎn)更缺乏說(shuō)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(wú)證據(jù)的猜測(cè)。四、宇宙射線(xiàn)與磁層地球處于宇宙射線(xiàn)的包圍之中，科學(xué)家經(jīng)過(guò)對(duì)宇宙射線(xiàn)的測(cè)量結(jié)果表明：宇宙射線(xiàn)隨晝夜和時(shí)間的變化極其微小，而且由宇宙空間不同方向射來(lái)的宇宙射線(xiàn)具有相同的強(qiáng)度。由大氣外層進(jìn)來(lái)的宇宙射線(xiàn)為初級(jí)射線(xiàn)，初級(jí)射線(xiàn)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(jí)射線(xiàn)中每個(gè)粒子能量常在109～1011電子伏，最高的達(dá)1021電子伏，說(shuō)明它具有極高的速度。由初級(jí)射線(xiàn)在大氣層中產(chǎn)生的次級(jí)粒子叫次級(jí)射線(xiàn)，初級(jí)射線(xiàn)到達(dá)靠近大氣層頂部的高空時(shí)，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(jiàn)，宇宙初級(jí)射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)的帶正電高能粒子，在大氣層頂部以上都是初級(jí)射線(xiàn)，僅到了大氣層底部才變成正負(fù)電荷基本相等的次級(jí)射線(xiàn)。宇宙射線(xiàn)高速穿過(guò)地球磁場(chǎng)時(shí)，必然會(huì)受到地球磁力線(xiàn)的作用，正如希臘業(yè)余科學(xué)家克里斯托菲洛斯（Nichholas Christofilos）于1957年所提出的：宇宙射線(xiàn)中的帶電粒子將受到地球磁力線(xiàn)的偏析，沿螺旋線(xiàn)繞著地球磁力線(xiàn)從北磁極跑到南磁極又跑回去，形成一個(gè)圍繞地球的輪胎型電荷密集區(qū)，這個(gè)密集區(qū)遠(yuǎn)在大氣之上。這個(gè)遠(yuǎn)在地球大氣之上的胎型電荷密集區(qū)是個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的電荷密集區(qū)，由電磁學(xué)原理可知，運(yùn)動(dòng)著的電荷必然會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，又因遠(yuǎn)在地球大氣之上的高速運(yùn)動(dòng)著的胎型電荷是被地球磁場(chǎng)打偏的，故由它產(chǎn)生的磁力線(xiàn)方向必與地球磁力線(xiàn)方向相反，這樣一來(lái)，在地球及地球大氣層外以上空間就形成了兩個(gè)大磁體，地球及大氣內(nèi)層構(gòu)成一個(gè)內(nèi)磁體（即地球磁體），遠(yuǎn)在地球大氣層上的由胎型運(yùn)動(dòng)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(guó)的物理學(xué)家范艾倫（James Alfred Van Allen）指導(dǎo)一個(gè)研究小組用火箭進(jìn)行觀(guān)測(cè)，證實(shí)確實(shí)存在這樣的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域起先叫做“范艾倫帶”，后來(lái)叫做“磁層”，外磁體就是這個(gè)“磁層”。五、地球磁極倒轉(zhuǎn)的原因宇宙射線(xiàn)時(shí)刻不停地射向地球，造成外磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷增加，而外磁體與內(nèi)磁體的磁力線(xiàn)方向是相反的，這樣，不斷增強(qiáng)的外磁體就不斷削弱著內(nèi)磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度，致使內(nèi)磁體磁場(chǎng)強(qiáng)一步步減弱至零，然后又轉(zhuǎn)變成與外磁體磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度一步步增加，此時(shí)，由于內(nèi)磁體磁力線(xiàn)反向而使宇宙射線(xiàn)向原來(lái)的反方向偏轉(zhuǎn)，由它產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁體磁場(chǎng)方向相反，進(jìn)而一步步削弱外磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度一直至零，然后轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向之后一步步增強(qiáng)。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(chǎng)強(qiáng)度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。六、星體形成磁場(chǎng)的條件從磁性性質(zhì)方面分類(lèi)，物質(zhì)分為三類(lèi)：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(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，導(dǎo)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(gè)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(chǎng)，整個(gè)太陽(yáng)系九大行星中僅金星無(wú)磁場(chǎng)，類(lèi)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(wú)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(chǎng)強(qiáng)度，其中木星的磁場(chǎng)強(qiáng)度是太陽(yáng)系中最高的（1974年，先鋒10號(hào)飛船測(cè)定木星磁場(chǎng)強(qiáng)度為6高斯），是地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的20余倍。一個(gè)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(gè)星體就能形成磁場(chǎng)，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(gè)星體的磁場(chǎng)強(qiáng)度就越強(qiáng)，太陽(yáng)系九大行星自轉(zhuǎn)周期及直徑如下：名稱(chēng) 自轉(zhuǎn)周期(小時(shí)) 直徑（公里） 直徑/周期(小時(shí)) 以地球?yàn)?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(lèi)地行星都有熔融的液態(tài)鐵鎳核心，但鐵鎳在居里點(diǎn)（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(lèi)地行星的磁場(chǎng)強(qiáng)度低于類(lèi)木行星。類(lèi)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(lèi)木行星是比類(lèi)地行星易磁化的軟磁體，行星的磁場(chǎng)強(qiáng)度基本上與線(xiàn)速度（直徑與周期的比例）成正比。九大行星中磁場(chǎng)最強(qiáng)的是木星，其次是土星，最弱的是金星（幾乎全無(wú)）。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(dāng)遇上太陽(yáng)上出現(xiàn)強(qiáng)磁暴及太陽(yáng)系附近有超新星爆發(fā)時(shí)，則傾向地球的宇宙射線(xiàn)大大增強(qiáng)，會(huì)造成倒轉(zhuǎn)周期縮短；如果地球隨太陽(yáng)系長(zhǎng)期在宇宙射線(xiàn)密度稀的太空中漂移，則地球磁極的倒轉(zhuǎn)周期會(huì)延長(zhǎng)。在太陽(yáng)出現(xiàn)強(qiáng)磁暴期間，外磁體（磁層）的邊界被太陽(yáng)風(fēng)“吹成”流線(xiàn)型的淚珠狀，在面向太陽(yáng)的一側(cè)磁層是平緩光滑的，在背向太陽(yáng)的一側(cè)變成一條長(zhǎng)尾巴，在正對(duì)著我們的方向出現(xiàn)太陽(yáng)耀斑時(shí)，產(chǎn)生局部加熱了的太陽(yáng)風(fēng)，這是壓向我們的一陣帶電粒子風(fēng)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(qiáng)（我國(guó)歷史上關(guān)于極光的記載非常豐富，僅從公元一世紀(jì)到十世紀(jì)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(wú)線(xiàn)電通信工作，地球磁極倒轉(zhuǎn)周期也大大縮短。如果地磁場(chǎng)正在減弱，科學(xué)家可通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)（如1年、5年、10年、20年、50年）的地磁場(chǎng)減弱程度，并找出地磁場(chǎng)減弱的規(guī)律（如為線(xiàn)性關(guān)系則計(jì)算極為簡(jiǎn)單），可計(jì)算出地磁場(chǎng)減弱至零的時(shí)間，這樣就測(cè)算出了地球磁極下次倒轉(zhuǎn)的時(shí)間。八、地球木星等行星中心熱能來(lái)源地球核心有高達(dá)5000℃的熔融球體，它將通過(guò)地墁、地殼不斷向外散發(fā)熱能，因?yàn)榻M成地墁和地殼的巖石和土壤都有一定的導(dǎo)熱系數(shù)，另外還有巖漿爆發(fā)，地?zé)崴尫派l(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(shuō)明地球表面在35億年就具有適合生物生存的環(huán)境，那時(shí)的地表溫度就應(yīng)在50℃以下，地球已經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的35億年以上的散熱時(shí)間，但現(xiàn)在仍有一個(gè)那么大的高溫核心，說(shuō)明地核應(yīng)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(chǎng)變化就提供了這種能量，整個(gè)地球就象一個(gè)大感應(yīng)加熱電爐，變化的地球外層磁場(chǎng)將地球核心的鐵鎳和其它能導(dǎo)電的物質(zhì)加熱?？茖W(xué)家已測(cè)量出木星散發(fā)的熱能比吸收的太陽(yáng)能大三倍，這多余的能量從哪里來(lái)，有的科學(xué)家推測(cè)可能是放射性發(fā)熱或木星上進(jìn)行了核反應(yīng)，但木星那么低的溫度不可能進(jìn)行核反應(yīng)，且木星物質(zhì)主要是輕氣體和冰，沒(méi)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(chǎng)加熱了含導(dǎo)電物質(zhì)的木星球體。九、地球磁極倒轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)地球人類(lèi)的影響地球磁極倒轉(zhuǎn)之時(shí)，地球無(wú)磁場(chǎng)，太陽(yáng)粒子及宇宙射線(xiàn)將會(huì)猛擊地球大氣層，對(duì)地球氣候和人類(lèi)命運(yùn)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(yáng)電磁風(fēng)暴的吹打中，不久就會(huì)被完全摧毀。許多靠地磁導(dǎo)向的生物，諸如燕子、羚羊、鯨魚(yú)、鴿子和超磁性細(xì)菌等，都會(huì)迷失方向，這是目前人類(lèi)對(duì)地球磁極倒轉(zhuǎn)的悲觀(guān)看法，其實(shí)由于地球及外圍存在大小兩個(gè)磁體，當(dāng)?shù)厍驘o(wú)磁場(chǎng)時(shí)，正是磁層磁性最強(qiáng)的時(shí)候，因此，在地球磁極倒轉(zhuǎn)之時(shí)，雖地球無(wú)磁性，但地球外層空間存在一個(gè)強(qiáng)磁體——磁層，這時(shí)，磁層肩負(fù)著保衛(wèi)地球的命運(yùn)。雖然地球磁極倒轉(zhuǎn)會(huì)給地球造成一定的影響，但不是致命的，人類(lèi)既不要悲觀(guān)失望，也不能掉以輕心。 參考資料：（1）張玉哲•中國(guó)大百科全書(shū)天文卷[M]•中國(guó)大百科全書(shū)出版社1980 （2）（美）I•阿西摩夫•宇宙[M]•科學(xué)出版社1984 （3）（美）GB菲爾德•宇宙演化[M] •科學(xué)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 |
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