1、地球磁場及翻轉對應方案理學院四班 彭渤地球磁場起源 從公元1600年前后開始,最早見于威廉.吉爾伯特的 各派學說眾說紛紜 發動機學說的影響最大 愛因斯坦歸為物理學領域尚未解決的五個重大難題之一 地球磁場起源說一覽表提出時間名稱主要思想理論缺陷約十七世紀永磁體學說地球內部存在巨大的永磁體，由永磁體產生地球磁場地球內部溫度很高，不可能存在永磁體內部電流學說地球內部存在巨大的電流，形成巨大電磁體產生地球磁場未觀測到這種巨大電流，而且巨大電流也會很快衰減，不會長期存在1900年電荷旋轉學說地球表面和內部分別分布著符號相反、數量相等的電荷，由地球自轉而形成閉合電流，由此電流產生磁場缺乏理論和實驗基礎19

2、29年壓電效應學說物質在超高壓力下使物質中的電荷分離，電子在這樣的電場中運動而產生電流和磁場理論計算出這樣的磁場僅有實際球地磁場的約 10-31933年旋磁效應學說地球內的強磁物質旋轉可以產生地球磁場這種旋磁效應產生的磁場只有實際地球磁場的大約 10-111939年溫差電效應學說地球內部的放射性物質產生的熱量，使熔融物質發生連續的不均勻對流，這樣產生溫差電動勢和電流，由此電流產生地球磁場理論估計同樣與地球磁場不符合19461947年發電機學說 地球內部的導電液體在流動時產生穩恒的電流，由這電流產生地球磁場1947年旋轉體效應學說根據少數天體觀測得到的經驗規律，認為具有角動量的旋轉物體都會產生磁

3、矩，因而產生磁場需要使用一并無科學根據的常數，5年后又被提出者根據精密的實驗結果加以否定1950年磁力線扭結學說在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉，會使原始微弱的地球磁場放大，由此產生地球磁場1954年霍爾效應學說在地球內部由于溫度不均勻產生的溫差電流和原始微弱磁場的同時使用下，會由霍爾效應產生霍爾電動勢和霍爾電流，由此產生地球磁場1956年電磁感應學說由太陽的強烈磁活動通過帶電粒子的太陽風到達地球后，會通過地球內部的電磁感應和整流作用產生地球內部的電流，由此產生地球磁場地球磁場對宇宙射線的屏蔽與磁極翻轉地球磁場最大的作用是形成一道屏障，把宇宙射線集中到地球的南北兩個磁極。太陽風在離地

4、球大約64000公里以外，也就是10倍于地球半徑的地方，以每秒數百公里的速度飛向地球，不斷沖擊著地球外圍環境，當粒子流進入地球附近時，一部分會由于受洛侖茲力作用繞過地球，剩下的會被類似磁鏡的地磁系統俘獲（通常在至個地球半徑外的距離就被攔截到）。所以實際上到達地球的帶電粒子只剩下很少的一部分 。過去的7500萬年中，地球磁場的方向至少翻轉過170次，平均每隔45萬年翻轉一次。而許多學者甚至認為，地球磁極翻轉的周期為為25萬年。最近的75萬年里（也有的說是100萬年），地球磁場一直沒有反轉過 。丹麥行星科學中心研究人員發現：地球南北極上空磁場正在出現裂縫，或者說出現破洞，他們據此認為地球磁極將在近

5、期內不可避免地發生位移。最終南北極換位。德國波茨坦地球物理所科學家進行更深入的觀察，得到類似的結論。 地磁極發生翻轉時，地磁極極有可能出現暫時消失的情形 。對應方案在“射向”地球的宇宙射線中，太陽輻射粒子流（太陽風）占主要成分，而太陽風主要成分為氫原子核（質子），在地球軌道上，太陽風速度約為500公里/秒。故可用速度5105 m/s 的質子流代表宇宙射線。應對方案一：電磁鐵群 地球上沿經線布置一組電磁鐵，構成人造磁場，有點象一個手榴彈，圓形彈體代表地球，彈體上的方塊代表電磁鐵，N極向下，S極向上，彼此相吸。產生人工磁場保護地球替天而為計算分析：以其中一段經線上的兩個磁極為例為例用兩個載流線圈代

6、表電磁鐵，設電流I，彼此距離2d，線圈半徑R. 為簡化問題，以投影到連線中心的P點為研究點，考慮P點的x軸 磁感應分量（只有這個方向的分量對入射粒子有攔截作用）022321cossin2cos2cosRrRrdrIRB12BB 設初始條件為：設通過線圈的電流為1000安，線圈半徑1000米，兩線圈相隔2000米，p點距地球十公里處，即I=1000 A, r=1000 m, h=r tan =10000m，此時r R,故可簡化式子：cossin2332rIRB 對速度為500 km/s 的質子，產生偏轉加速度：TB111089. 1eemvBqmFasma21005. 9可以用加鐵心，增加線圈匝

7、數的辦法來增加它的磁場，但是作用非常有限的。目前有用利超導體制作的電磁鐵，能夠產生幾十t的磁感應強度，但這樣的電磁鐵，第一：規模不大。第二：在地表附近產生如此巨大的磁場，勢必嚴重影響到人類生活。方案一失敗。cossin2332rIRB 方案二：超導線圈構造磁偶極子模擬地球磁場對粒子有“攔截”作用的磁場，規模必須足夠大 如果讓地球南北兩極“戴上”一個巨大的超導體線圈，就可以構成一個類磁偶極子的磁場，來模擬地磁場。日地空間物理248 頁 超導環的位置。電磁系統產生的磁場已很接近地磁場，能起類似地磁場的作用 ，只要這個系統產生和地球同樣的磁距，目的就達到了。mRro61073. 115sin電流強度

8、是異常大的，應該考慮使用超導體及多匝線圈的辦法，如：用10000匝線圈，則電流強度應 3.4104 A這個方案成功與否，關鍵取決于超導工業的發展 。超導環半徑的大小：國外最新的超導材料已經達到長1000-2000米、電流密度在10000-15000安培平方厘米以上的水平 電流大小：pIr22315100 . 8mTpAI8104 . 3偷懶的想法。1850年，爆發的太陽風暴：美國與歐洲的通信線路同時短路，因此引發了大量的火災電流可調，但最大值至少要與上面計算相等方案三 月球分子模型月球以一定速度繞地球旋轉，這很像一個分子電流模型，我們設想給月球加上一定電荷，那它繞地球轉動就可以產生一個磁場，把

9、地球“罩”在這個磁場保護之內。目的：讓射向地球的宇宙射線（主要是太陽風）受洛侖茲力作用偏轉開去,避開地球 。設粒子在這時入射到離地球10倍半徑的地方，在它飛到地球表面的這段時間內，受洛侖茲力作用偏轉，最后擦著地球邊緣橫向飛出。 作用時間： 要在這段時間內橫向偏轉一個地球半徑： 要求作用在質子垂直飛行方向的B為 在a點，月球產生的磁感應強度： b點 月球帶電量為Q，則月球產生的電流元 為：Idl=Qv2)60(4rQvB當月球運行到地球背面時，在地球迎太陽一面產生磁場最弱，為svrte4.13310smarsat750212TvqmaBee111056. 12)60(4rQvB2)70(4rQvBab以b點計算 :則需要給月球加上：3.341010 C 的電荷,那么即使是最壞的情況下，太陽風粒子也不能達到地球 其他影響：這些電荷在地球產生磁場為 ：電荷是守恒的，對月球加上電荷，意味著給另一物體加上電性相反的等量電荷，而看來這些電荷只能加到