地磁場(chǎng)和其他星球磁場(chǎng)的形成原因及磁偏角與磁倒轉(zhuǎn)

摘要：盡管人們很早就發(fā)現(xiàn)并利用了地磁場(chǎng)，并對(duì)地磁場(chǎng)的成因提出了多種假說(shuō)，但至今仍無(wú)一種假說(shuō)能夠圓滿解答各種問(wèn)題。于是作者重新研究了地磁場(chǎng)的形成和變化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)地球大氣層在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下能產(chǎn)生大量的正離子和負(fù)離子，然后形成云上正電荷層和云下負(fù)電荷層，伴隨地球的自轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了迭加的地磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)符合人們已發(fā)現(xiàn)的地磁場(chǎng)的所有特點(diǎn)，能夠很好地解釋地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性，包括磁偏角和地磁倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。其他星球磁場(chǎng)的形成原因與倒轉(zhuǎn)規(guī)律類似。

關(guān)鍵詞：地磁場(chǎng)；磁偏角；磁倒轉(zhuǎn)；云電荷；星球磁場(chǎng)

Abstract：Although geomagnetic field has been found and utilized for a long time， and many hypotheses have been proposed about the cause of geomagnetic field， so far none of them is able to completely answer every question about the geomagnetic field. Thus the author has researched the formation and evolution of the geomagnetic field again， and dicovered that under the action of solar ultraviolet rays and cosmic rays，earths atmosphere can produce a large amount of positive ions and negative ions， then form the positive charge layer at the top of cloud and the negative charge layer at the bottom of the cloud； with the rotation of earth， the two charge layers generate a superposition of geomagnetic field.This kind of magnetic field conforms to all the known characteristics of geomagnetic field. It can well explain the inhomogeneity of the spatial distribution of geomagnetic field and its characteristic of constant change over time， including geomagnetic declination and geomagnetic reversal. The formation and reversal of other planets magnetic fields are similar with that of geomagnetic field.

key w ords：geomagnetic field； geomagnetic declination； geomagnetic reversal；cloud charge； planet magnetic field

1.引言

早在兩千多年前，中國(guó)古代勞動(dòng)人民就積累了對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，發(fā)明了指南針，并應(yīng)用于航海和旅行。這從北宋沈括的《夢(mèng)溪筆談》中關(guān)于指南針的記載也可知，我國(guó)的確對(duì)地磁的利用和磁偏角的認(rèn)識(shí)非常早。雖然中國(guó)指南針的發(fā)明比歐洲指南針的發(fā)明要早800年，但從未能從理論上揭示出“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”，直到1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”和1821年法拉第發(fā)現(xiàn)了“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”并利用其中的原理發(fā)明了電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，人們才對(duì)“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”有了根本性認(rèn)識(shí)[1]。即便如此，人們對(duì)自己周圍的地磁場(chǎng)還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，對(duì)其成因和變化規(guī)律也沒(méi)有徹底地把握。雖然人們對(duì)地磁場(chǎng)起源的研究已有近400年的歷史并提出了多種假說(shuō)，但至今仍無(wú)一種假說(shuō)能夠圓滿解答地磁場(chǎng)的各種問(wèn)題[2，3]。于是作者根據(jù)地球及一般星系的形成和演進(jìn)規(guī)律，研究了地磁場(chǎng)的形成和變化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了地磁場(chǎng)的形成原因和變化規(guī)律。特作如下介紹。

2.地磁場(chǎng)的時(shí)空特征

從空間分布來(lái)看，地球可視為一個(gè)磁偶極，地磁南極位于地理北極附近，地磁北極位于地理南極附近，而且地磁兩極和地理兩極之間并不完全重合，兩者之間存在著一個(gè)夾角，稱為磁偏角。隨著地球磁極的緩慢移動(dòng)，磁偏角也在緩慢變化。另外，整個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度在北美、西北利亞和南極大陸附近達(dá)到最大值，而靠近赤道的中太平洋和南美洲中部存在極小值。地球磁圈在白晝區(qū)（向日面）受到帶電粒子的力影響而被擠壓，在地球黑夜區(qū)（背日面）則向外伸出[4]。

地磁場(chǎng)不僅空間分布不均勻，而且隨著時(shí)間不斷變化。按時(shí)間尺度可分為慢速變化和快速變化。慢速變化（又稱長(zhǎng)期變化）包括地磁在穩(wěn)定期的強(qiáng)度改變、磁極在地表的移動(dòng)和磁場(chǎng)西向漂移（westward drift）等現(xiàn)象；快速變化則主要表現(xiàn)為地磁倒轉(zhuǎn)和飄逸。在地磁倒轉(zhuǎn)時(shí)，地磁強(qiáng)度將大幅度減少，并且結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。距離現(xiàn)在最近的一次地磁倒轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬(wàn)年前，稱為松山—布容倒轉(zhuǎn)。Sagnotti等人的研究發(fā)現(xiàn)，完成該倒轉(zhuǎn)的時(shí)間小于100年。這個(gè)結(jié)果對(duì)地磁形成的地球發(fā)電機(jī)模型提出了極大的挑戰(zhàn)，至今爭(zhēng)議不斷[4- 6]。

另外，地磁場(chǎng)是一個(gè)弱磁場(chǎng)。地面上的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×10- 4 T，南北兩極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為（0.6～0.7） ×10- 4 T。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，最近2000年來(lái)地磁強(qiáng)度一直在減弱，現(xiàn)金地磁場(chǎng)的強(qiáng)度較1840年已經(jīng)下降了10%（不間斷地磁記錄自1840年開(kāi)始），平均每百年下降5%。2013年底，歐洲太空局發(fā)射了新一代地磁衛(wèi)星Swarm，其最新觀測(cè)結(jié)果顯示，地磁強(qiáng)度正在加速下降，速度為以前預(yù)算的10倍。至于為何地磁場(chǎng)是一個(gè)弱磁場(chǎng)而且地磁強(qiáng)度一直在減弱，目前尚不知曉，已成為科學(xué)中的熱點(diǎn)問(wèn)題。

3.關(guān)于地磁場(chǎng)成因的已有假說(shuō)

由于地磁場(chǎng)的重要性，人們一直在探索地磁場(chǎng)形成的原因，經(jīng)過(guò)幾百年的研究，人們對(duì)地磁場(chǎng)的特性有了更深刻的了解，并提出了多種假說(shuō)[2，3]。

（1）鐵磁成因說(shuō)

由于人們發(fā)現(xiàn)地磁場(chǎng)類似于一個(gè)在地心插入大條形磁鐵形成的磁場(chǎng)，因此認(rèn)為地球內(nèi)部是一塊均勻磁化的大磁鐵。特別是后來(lái)地球物理學(xué)家提出了地核由鐵鎳等金屬組成，從而在某些方面支持了這個(gè)假說(shuō)。但是地球內(nèi)部的溫度早已超過(guò)了鐵的居里點(diǎn)，一切鐵磁質(zhì)的磁性都將消失?？梢?jiàn)，地磁場(chǎng)的鐵磁成因不成立。

（2）地表電荷旋轉(zhuǎn)說(shuō)

該假說(shuō)認(rèn)為，如果地球表面帶有負(fù)電荷，負(fù)電荷隨地球一起自西向東旋轉(zhuǎn)形成了一個(gè)自東向西的圓電流，這個(gè)圓電流就是電磁場(chǎng)的成因。但根據(jù)這種形成機(jī)制估算的地球兩極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是（0.36×10- 4） ×10- 8T， 而實(shí)際地球兩磁極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是（0.6～0.7）×10- 4 T，約等于旋轉(zhuǎn)電荷形成的地磁場(chǎng)的108倍?？梢?jiàn)，地表電荷旋轉(zhuǎn)說(shuō)也不成立。

（3）發(fā)電機(jī)理論

上個(gè)世紀(jì)四十年代中期，人們開(kāi)始從地球內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和磁場(chǎng)的相互作用來(lái)探索地磁場(chǎng)的成因，最具代表性的假說(shuō)是“發(fā)電機(jī)理論”。該理論認(rèn)為地核中的溫度很高，鐵鎳等金屬已成液態(tài)。由于地核中的放射性元素不斷釋放熱能，造成各處溫度不均勻，致使液態(tài)金屬對(duì)流形成渦流。只要有極小的初始磁場(chǎng)存在，渦流中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)加強(qiáng)原來(lái)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)增強(qiáng)引起感應(yīng)電流增強(qiáng)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)磁場(chǎng)。如此反復(fù)，就形成了現(xiàn)在的磁場(chǎng)。但這種假說(shuō)無(wú)法解釋地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的諸多現(xiàn)象，包括地磁極性倒轉(zhuǎn)等。

（4）地幔電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)說(shuō)

由于鐵磁質(zhì)在770℃（居里溫度）的高溫中磁性完全消失，在地層深處的高溫狀態(tài)下，鐵會(huì)達(dá)到并超過(guò)自身的熔點(diǎn)呈現(xiàn)液態(tài)，絕不會(huì)形成地球磁場(chǎng)。而應(yīng)用“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”和物理學(xué)的研究成果可知，高溫高壓下的物質(zhì)，其原子的核外電子會(huì)被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高溫和3600個(gè)大氣壓的環(huán)境中會(huì)有大量的核外電子逃逸出來(lái)，地幔會(huì)形成負(fù)電層。按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論：電動(dòng)生磁，磁通生電。所以，要形成地球南北極式的磁場(chǎng)，必須形成旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，而地球自轉(zhuǎn)會(huì)造成地幔負(fù)電層旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)的負(fù)電場(chǎng)，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。但該假說(shuō)也難以解釋地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的諸多現(xiàn)象。

（5）自激發(fā)電機(jī)說(shuō)

目前比較有影響的是“自激發(fā)電機(jī)說(shuō)”。該假說(shuō)用地核比地殼和地幔轉(zhuǎn)得快去解釋地磁場(chǎng)的起源，但這種解釋同樣存在錯(cuò)誤。雖然潮汐會(huì)使地殼和地幔自轉(zhuǎn)變慢，地核放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的輕物質(zhì)（主要為氦）上升也能使地殼和地幔自轉(zhuǎn)變慢，地球分層運(yùn)動(dòng)疊加后的速度差，使地核比地幔和地殼三百年才多轉(zhuǎn)一周。通過(guò)計(jì)算可發(fā)現(xiàn)這個(gè)速度差不可能激發(fā)現(xiàn)在的地磁場(chǎng)。因此用該假說(shuō)去解釋地磁場(chǎng)的形成也不符合實(shí)際。

4. 地磁場(chǎng)的成因

4.1從大氣層的形成與演進(jìn)揭示地磁場(chǎng)的成因

已知地球的年齡約為45.5億年，而從原始地球形成經(jīng)過(guò)早期演化到具有分層結(jié)構(gòu)只要幾億年時(shí)間，最原始的地殼大約在40億年前出現(xiàn)了。而迄今發(fā)現(xiàn)的最早地磁記錄在35～40億年前，可見(jiàn)地磁的起源晚于地球分層結(jié)構(gòu)的形成，而與大氣層的形成時(shí)間相近。另外，地磁的時(shí)空多變性也表明地磁的產(chǎn)生與大氣層的形成與演變緊密相關(guān)。所以在研究地磁場(chǎng)的成因時(shí)應(yīng)該從大氣層的形成與演進(jìn)著手。

地球大氣層是地球形成和演化的產(chǎn)物，其演化大致經(jīng)歷了原始大氣、次生大氣和現(xiàn)在大氣三個(gè)階段[7]。隨著地球質(zhì)量的增加，大氣層還在逐漸增厚，整個(gè)大氣層隨高度的不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，可分成多個(gè)層次[8]：

（1）對(duì)流層——這是大氣圈中最靠近地面的一層，平均厚度為12km.

（2）平流層——位于對(duì)流層之上，其上界伸展至約55km處。該層的特點(diǎn)是空氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，氣流大，水汽含量小，難以形成云層。

（3）中間層——從平流層頂至85km的范圍為中間層。

（4）熱成層——位于85～800km的高度之間。該層的氣體在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下處于電離狀態(tài)。電離產(chǎn)生的原子氧、原子氮能強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)的短波輻射，形成帶正電荷的陽(yáng)離子。其中部分陽(yáng)離子會(huì)向下擴(kuò)散到對(duì)流層，聚集到云層的頂部。

（5）散逸層——800km以上的空間統(tǒng)稱為散逸層。該層大氣稀薄，氣溫高，分子運(yùn)動(dòng)快，地球?qū)怏w分子的吸引力小，因此氣體及微?？娠w出地球引力場(chǎng)而進(jìn)入太空。

由此可見(jiàn)，人們常見(jiàn)的云只能形成于對(duì)流層，因?yàn)橹挥性诳諝獯怪鄙仙\(yùn)動(dòng)很強(qiáng)烈的地方，水汽才能上升并遇冷成云，而平流層以上均不滿足此條件。事實(shí)上，在對(duì)流層中有高度不同的多種云，大致可分為高云、中云和底云。高云的高度在8000～13000m，外形像薄薄的紗巾或羽毛；中云高度在2000～8000m，一般可以遮天蔽日，還可以產(chǎn)生連續(xù)的降水；低云高度在2000m以下，外形特點(diǎn)像棉花糖或呈泡沫狀迅速發(fā)展，可產(chǎn)生雷陣雨。因此，研究云的起電機(jī)制主要考慮中低層云。此外，由于地球表面71%是海洋，陸地面積僅占29%，而且海洋彼此相連，陸地被海洋分割成一些陸塊，因此有國(guó)外媒體報(bào)道在任何時(shí)刻，地球都有大約70%的區(qū)域被云層覆蓋，如圖1所示。這是美國(guó)宇航局使用Aqua衛(wèi)星獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)后制作的一幅地圖，它展示了籠罩在云層下的地球美景。

由于宇宙射線或其他電離過(guò)程的作用，大氣中會(huì)產(chǎn)生大量的正離子和負(fù)離子。在云中的水滴上，電荷分布是不均勻的：最外邊的分子帶負(fù)電，里層帶正電，內(nèi)層比外層的電位差約高0.25 伏特。為了平衡這個(gè)電位差，水滴必須“優(yōu)先吸收大氣中的負(fù)離子，這樣就使水滴逐漸帶上了負(fù)電荷。當(dāng)對(duì)流活動(dòng)開(kāi)始時(shí)，較輕的正離子逐漸被上升氣流帶到云的上部；而帶負(fù)電的云滴因?yàn)楸容^重，就留在下部，造成了正負(fù)電荷的分離。因此，常常是正電荷聚集在云的上層，負(fù)電荷聚集在云的下層。

根據(jù)前面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和航拍云層圖可知，地球有大約70%的區(qū)域被云層覆蓋，在一些彼此相連的海洋區(qū)域上空有環(huán)繞地球的云層（主要包括中云和低云）。另外，當(dāng)天空中空氣的濕度很大、兩塊云之間的有電壓差時(shí)，潮濕的空氣也會(huì)變成導(dǎo)體，使電流通過(guò)天空。故當(dāng)?shù)厍蜃晕飨驏|自轉(zhuǎn)時(shí)云層下部的負(fù)電荷跟著旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)自東向西的圓電流，從而產(chǎn)生一個(gè)磁南極位于地理北極附近而磁北極位于地理南極附近的磁場(chǎng)；與此同時(shí)，云層上部的正電荷也跟著旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)自西向東的圓電流，從而也產(chǎn)生一個(gè)極性相反的磁場(chǎng)。但是云層下部比云層上部離地面近得多，因此前一磁場(chǎng)比后一磁場(chǎng)要強(qiáng)，兩個(gè)磁場(chǎng)迭加后就產(chǎn)生了現(xiàn)在的地磁場(chǎng)，其地磁南極位于地理北極附近，地磁北極位于地理南極附近。

雖然大氣電場(chǎng)也引起地表帶有負(fù)電荷，但是地表負(fù)電荷對(duì)地磁場(chǎng)的影響非常小。因?yàn)槿绻?fù)電荷隨地球一起自西向東旋轉(zhuǎn)形成了一個(gè)自東向西的圓電流[2]，這個(gè)圓電流然后產(chǎn)生了磁場(chǎng)，則根據(jù)這種形成機(jī)制估算的地球兩極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是（0.36×10- 4） ×10- 8T， 而實(shí)際測(cè)得的地球兩磁極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是（0.6～0.7）×10- 4 T，即旋轉(zhuǎn)地表電荷所形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度只是實(shí)際地磁場(chǎng)強(qiáng)度的1/108。可見(jiàn)地表負(fù)電荷對(duì)地磁場(chǎng)的影響很小。

4.2地磁場(chǎng)成因新解說(shuō)的科學(xué)性

綜上可見(jiàn)，無(wú)論是最具代表性的 “發(fā)電機(jī)理論”還是其他特殊假說(shuō)都難以解釋地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的諸多特性，而本文提出的地磁場(chǎng)成因新解說(shuō)則能很好地解釋地磁場(chǎng)的時(shí)空多變性，因此是更科學(xué)合理的解說(shuō)。

（1）地軸傾斜的原因與磁偏角的產(chǎn)生

人們很早就發(fā)現(xiàn)并利用了磁偏角，但關(guān)于磁偏角的產(chǎn)生和變化仍然是個(gè)謎。對(duì)于地軸傾斜的原因，人們也搞不清楚。如果我們從大氣層的形成和運(yùn)動(dòng)來(lái)分析其成因則能容易地解決這幾個(gè)問(wèn)題。

原始地球只有稀薄的大氣，比較均勻地包裹在地球周圍，太陽(yáng)對(duì)大氣的照射不會(huì)對(duì)地球向日面和背日面產(chǎn)生太大的壓力差，這使得地球的原始轉(zhuǎn)軸基本上垂直于地球軌道平面，與大氣圈的自轉(zhuǎn)軸基本保持一致。但是，隨著地球不斷地從軌道附近吸收宇宙微塵和氣體，其質(zhì)量變得越來(lái)越大，地球吸引的大氣層也變得越來(lái)越厚，現(xiàn)在地球大氣層的厚度可達(dá)上萬(wàn)公里；由于大氣運(yùn)動(dòng)的不均勻性，導(dǎo)致了地球上不同地區(qū)的大氣壓力有明顯差別，從而導(dǎo)致了地軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)。事實(shí)上，向日面赤道和低緯度地區(qū)受熱較多，空氣容易膨脹，變輕上升；極地和高緯度地區(qū)受熱較少，空氣收縮下沉。由于赤道地區(qū)上空的氣壓高于極地上空的氣壓，就使赤道上空的空氣向極地上空方向流動(dòng)，在極地上空堆積下沉，形成極地高壓區(qū)。另外，太陽(yáng)直射在北半球的時(shí)間比南半球多，即太陽(yáng)直射點(diǎn)于每年的3月21日至9月23日在北半球移動(dòng)，此段時(shí)間經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)，平均公轉(zhuǎn)速度較慢，時(shí)間約為186天；9月23日至次年3月21日太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南半球，此段時(shí)間經(jīng)過(guò)近日點(diǎn)，平均公轉(zhuǎn)速度較快，時(shí)間約為179天，導(dǎo)致北半球夏半年比冬半年長(zhǎng)7天，北極點(diǎn)附近極晝比南極附近長(zhǎng)約7天. 因此，北極高氣壓時(shí)間長(zhǎng)于南極高氣壓時(shí)間，北極向日區(qū)所受的大氣壓力通常大于南極向日區(qū)所受的大氣壓力，最終導(dǎo)致了地軸向太陽(yáng)偏轉(zhuǎn)大約23゜26′，如圖2所示。但是新赤道和低緯度地區(qū)的空氣繼續(xù)向極地上空方向流動(dòng)，在極地上空堆積下沉，加上新增的緯度跨度為23゜26的向日區(qū)蒸發(fā)起來(lái)的水汽，形成新的極地高壓區(qū)，新增向日區(qū)有一半空氣要向極地背日區(qū)移動(dòng)，結(jié)果使大氣圈的自轉(zhuǎn)軸只傾斜了約11.53゜（≈？×23゜26′），使大氣圈的自轉(zhuǎn)軸與地軸的夾角大約為11.5゜。所以在太陽(yáng)照射下，隨著地球及大氣圈的自轉(zhuǎn)就會(huì)產(chǎn)生大約11.5゜ 的磁偏角，如圖3所示。另外，在地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)過(guò)程中，地球大氣圈在不斷但緩慢地變化，造成地球磁極緩慢移動(dòng)。隨著地球磁極的緩慢移動(dòng)，磁偏角也在緩慢變化。

（2）地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性

在北半球，空氣從極地高壓區(qū)流出并向右偏轉(zhuǎn)成為偏東風(fēng)，副熱帶高壓帶流出的氣流北上時(shí)亦向右偏轉(zhuǎn)，成為中緯度低層的偏西風(fēng)。這兩支氣流在60° N附近匯合， 暖空氣被冷空氣抬升，遇冷成云，從高空分別流向極地和副熱帶。所以在60° N附近，有濃厚寬闊的云層，云的上層能聚集大量的陽(yáng)離子，云的下層能聚集大量的陰離子，故可形成較強(qiáng)的地磁場(chǎng)。所以在北美和西伯利亞地磁場(chǎng)達(dá)到最大強(qiáng)度。另外，流向極地的空氣在極地附近遇寒冷堆積下沉，形成空氣密度大、地面氣壓高的極地高壓帶。由于空氣密度大、天氣寒冷，容易形成濃厚的云層，可形成較強(qiáng)的地磁場(chǎng)。所以在南極大陸附近地磁場(chǎng)強(qiáng)度也達(dá)到最大值。

向日面赤道和低緯度地區(qū)受熱較多，空氣容易膨脹，致使赤道地區(qū)上空的氣壓高于極地上空的氣壓，就使赤道上空的空氣向極地上空方向流動(dòng)，形成赤道低壓帶。在這種低壓帶空氣密度小，云氣淡薄，只能形成較弱的地磁場(chǎng)。所以在靠近赤道的中太平洋地磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到極小值。南美洲中部也靠近赤道而且比中太平洋更缺乏水汽，空氣密度小，難以形成厚大的云層，只能形成較弱的地磁場(chǎng)，所以南美洲中部地磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)到極小值 。

（3）地磁場(chǎng)隨著時(shí)間不斷變化

隨著地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，地球大氣圈在不斷緩慢地變化，造成地球磁極在緩慢地移動(dòng)。

當(dāng)?shù)厍蜃晕飨驏|旋轉(zhuǎn)時(shí)，云上層陽(yáng)離子的轉(zhuǎn)動(dòng)形成了一個(gè)（與地球自轉(zhuǎn)方向相反）自東向西的圓電流，出現(xiàn)磁場(chǎng)西向漂移（westward drift）現(xiàn)象。

另外，由于云層電荷離地面較高且旋轉(zhuǎn)速度慢，加之上層正電荷與下層負(fù)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性相反，迭加時(shí)有部分抵消，導(dǎo)致地磁場(chǎng)是一個(gè)弱磁場(chǎng)。特別地，隨著地球質(zhì)量的不斷增加，大氣層也在增厚，加之人們焚燒化石燃料，如石油，煤炭等，或砍伐森林并將其焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，使對(duì)流層內(nèi)集聚越來(lái)越多的溫室氣體。這些溫室氣體對(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的可見(jiàn)光具有高度透過(guò)性，而對(duì)地球發(fā)射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度吸收性，能強(qiáng)烈吸收地面輻射中的紅外線，導(dǎo)致地球溫度上升，低空中越來(lái)越難形成云層，只有高空寒冷區(qū)域才能形成云層，所以云層越來(lái)越高、越來(lái)越薄，這是導(dǎo)致地磁強(qiáng)度一直在減弱的原因。

5.地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的原因

根據(jù)上面的討論可知，地磁場(chǎng)是由于地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，地球的自轉(zhuǎn)方向決定著地磁場(chǎng)的極性方向。根據(jù)星系的形成與演進(jìn)理論[9，10]可知，當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)按反時(shí)針?lè)较蚬D(zhuǎn)時(shí)，地球向日面受到陽(yáng)光的照射，使該面的溫度高于背面的溫度，從而使該面蒸發(fā)起更多的水汽及其他氣體分子，這些氣體分子被高速流動(dòng)且層層疊加的平流層包裹在對(duì)流層中，逃不出去，所以向日半球的大氣壓強(qiáng)通常大于背日半球的壓強(qiáng)，又因?yàn)閮蓚€(gè)半球的面積相當(dāng)，所以向日半球所受的大氣壓力通常大于背日半球所受的大氣壓力，因而向日半球與大氣層的摩擦力通常大于背日半球與大氣層的摩擦力，這就使得地球在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的過(guò)程中自西向東自轉(zhuǎn)。

根據(jù)地磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可以推測(cè)地球的自轉(zhuǎn)曾改變其方向。而要改變自轉(zhuǎn)的方向則需要另一個(gè)恒星的更強(qiáng)烈的照射。由此推測(cè)太陽(yáng)及其父星曾是雙星系統(tǒng)，當(dāng)太陽(yáng)帶著地球繞其父星旋轉(zhuǎn)時(shí)，地球受到太陽(yáng)父星的更強(qiáng)烈的照射，使地球向祖面所受的大氣壓力大于向父面所受的大氣壓力，因而向祖半球與大氣圈的摩擦力大于向父半球與大氣圈的摩擦力，這就使得地球的自轉(zhuǎn)方向漸漸地發(fā)生改變，地磁場(chǎng)的極性也相應(yīng)地發(fā)生改變。但因太陽(yáng)圍繞其父星旋轉(zhuǎn)，具有較大的活動(dòng)范圍，更容易獲取燃燒所需的資源，因而太陽(yáng)的成長(zhǎng)速度大于其父星的成長(zhǎng)速度。特別是太陽(yáng)有多層子行星，一些具有濃密大氣層的行星在陽(yáng)光的照射下不斷地遠(yuǎn)離太陽(yáng)，深入到太陽(yáng)父星的吸引范圍去掠奪太陽(yáng)父星燃燒所需的資源。太陽(yáng)父星在太陽(yáng)及其多層子行星的圍困和掠奪下漸漸地缺乏資源而變成白矮星，最終使太陽(yáng)成為發(fā)光發(fā)熱的單星，因而地磁場(chǎng)的極性已長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有發(fā)生改變。如果有朝一日太陽(yáng)帶著地球經(jīng)過(guò)某個(gè)突然變?yōu)槌滦堑那拜呅乔蚺赃厱r(shí)，地磁場(chǎng)的極性還可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

6.其他星球上的磁場(chǎng)

根據(jù)地磁場(chǎng)的形成機(jī)制和變化規(guī)律可知，地球之所以出現(xiàn)磁場(chǎng)是因?yàn)榈厍蛴袧夂竦拇髿馊惋L(fēng)力移動(dòng)的云層并受到宇宙射線和光致電離的作用，產(chǎn)生了大量的正負(fù)電荷，使云的上層集結(jié)著大量的正電荷，云的下層集結(jié)著大量的負(fù)電荷；隨著地球的快速自轉(zhuǎn)和云層的移動(dòng)就產(chǎn)生了電流和磁場(chǎng)。于是可以推斷，僅當(dāng)一個(gè)星球有濃厚的大氣圈并受到太陽(yáng)紫外線或宇宙射線的作用才能形成磁場(chǎng)。月球及一般的衛(wèi)星因?yàn)槿狈饷艿拇髿馊蛟茖?，自轉(zhuǎn)速度又慢而無(wú)法形成磁場(chǎng)。水星、金星只有稀薄的大氣，自轉(zhuǎn)速度也很慢，因而其磁場(chǎng)近乎為零或很微弱。而地球、火星、木星和土星都有濃密的大氣圈和云層及強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射，所以有其磁場(chǎng)，但由于火星上大氣稀薄，其磁場(chǎng)也很微弱[9，10]。一個(gè)星球如果受到雙星的照射，其磁場(chǎng)極性可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

結(jié)論：由于許多人一直錯(cuò)誤地把地磁場(chǎng)的成因歸結(jié)為地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而忽視了難以察覺(jué)的大氣運(yùn)動(dòng)和風(fēng)云變幻，結(jié)果提出的關(guān)于地磁場(chǎng)成因的多種假說(shuō)矛盾重重、難以置信，無(wú)法解釋磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性，包括磁偏角和地磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。于是作者從地球的形成與演進(jìn)出發(fā)，分析了地球大氣層的形成和演進(jìn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)地球大氣層因受到太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用，產(chǎn)生了云層電荷，伴隨地球的自轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了地磁場(chǎng)。作者提出的關(guān)于地磁場(chǎng)成因的新解說(shuō)能夠很好地解釋地磁場(chǎng)空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性，包括磁偏角和地磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此是一個(gè)比較科學(xué)合理的解說(shuō)。

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