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著者：K²

当您手拿「指南针」或者打开手机使用指南针功能时，相信很多人都会有这样一个疑问,那就是「指南针」为什么会一直指向南方·South。

古代的人对这个奇怪的现象同样也是感到非常疑惑的，然而在科学的求证当中，第一个用科学的声音对「指南针」为什么会指向南方作出解释的人是英国的一位医生，他就是吉尔伯（1544～1603），这一年正好是1600年。

吉尔伯在晚年的时候提出了著名的「地磁场理论」，这个理论的概念确立了地磁场与地球的关系，地球的本体是一个巨大的磁铁，它的两极和地理两极相重合，北磁极位于地球的南方区域，相反的南磁极位于地球的北方区域，正是地球本体的大磁场吸引着磁针一直始终指向于南方原因。同时「地磁场理论」还隐含着一个重要的信息，那就是：地磁场不仅仅存在于地球外部，在地球的内部就已经拥有了地磁场，创造出地磁场的位置就是地球的内核区域。

著名的数学家高斯（1777年4月30日-1855年2月23日）在1893年发表的著作《地磁力的绝对强度中》提到创立描绘地磁场的数学方法，但是这个用数学语言描述的地磁场假设的条件必须是地磁起源自于地球的内部，这样测量地磁场的强度数据才有意义，同时使得地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示，但高斯所表达的仅仅是一种概念上的理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。

【第一章节：地磁场的起源假说一共有两大类】

目前的地质学家已掌握了地磁场的变化规律与分布，但是关于地磁场如何起源的问题，科学家却一直没有总结出一个令人满意的答案。迄今这止，有关地磁场如何起源的假说一共有两大类：

• 第一类假说——以现有的物理学理论为依据、
• 第二类假说——地球存在着不同于现在已知理论的特殊规则、

第一类假说

第一类假说的典型代表是「旋转电荷假说」，这个假说假定地球上的异性电荷是等量存在的，异性电荷其中的一种分布在地球的内部，与异性电荷相反的电荷则分布在地球的表面，在地球的自转运动过程中电荷也跟着一起旋转了起来，旋转的电荷导致了磁场的产生，「旋转电荷假说」可以很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因，但是这个假说本身却有着一个非常致命的缺陷。

「旋转电荷假说」不能确立的原因：

• 首先，「旋转电荷假说」无法解释地球内部与表面的电荷是通过什么样的物理过程分离出来的。
• 其次，地球本体负载的电荷是非常少的，因此这些电荷所产生的地磁场是很微弱的，理论的计算结果和实际的计算结果存在着很大的差异，要想达到目前地球的地磁场强度，地球本体负载的电荷储量需要提高1亿倍。

同样属于第一类假说的「地磁场假说」，这个假说是以地核为前提条件的，弗兰克在这个假说中提及了「发电机效应理论」，弗兰克指出形成地核中的电流是位于地核区域的金属物质在磁场中做旋转运动时通过感应的方式产生的，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，这种情况就好比发电机的工作原理一样，弗兰克所建立的「地磁场假说」模型阐述了地磁场的再生过程是如何现实的，同时也解释了地磁场的强度同样可以用数学的语言来表达，但是这个假说同样也有缺陷。

「地磁场假说」不能确立的原因：

• 首先，在应用「发电机效应」模型时很难用物理学的角度来解释地核中的电路是如何通过圆形回路而闭合的。
• 其次，这个模型没有把电流会对涡旋运动产生反作用的因素考虑进去，因为平行赤道面的平面内是不允许有涡旋运动分布的。

第一类假说总结：

目前属于第一类假说的「地磁场假说」、「霍尔效应假说」、「旋转电荷假说」「漂移电流假说」以及「热力效应假说」，但是以上这些假说都存在缺陷，都不能从科学的角度阐述地磁场的奇异特性。

第二类假说

关于地磁场如何起源的第二类假说，最具有代表性的是英国物理学家布莱克特（1897年11月18日生于伦敦,卒于1974年7月13日）1947年提出的「重物旋转假说」，布莱克特指出任何一个旋转的物体都带有磁距，磁距与旋转的物体是否携带着电荷没有任何关系。「重物旋转假说」的概念是：地球和地球以外的天体的磁场都是在旋转的过程中产生的，所有星体的磁场都是在旋转的时候自然产生的，这就好比前文所提及的「旋转电荷假说」所阐述的那种机制，旋转中的电荷会产生磁场一样，但是「重物旋转假说」在天文观测量和实验验证这两方面都是不可逾越的鸿沟。

「重物旋转假说」不能确立的原因：

• 实验验证方面：在目前的所有观测对象当中，并没有仪器捕捉到旋转的物体会自主产生磁效应的现象。
• 天文观测量方面：所有的地外星体观测结果都表明，宇宙中的每一颗星体的磁场分布情况都表现得十分复杂，以目前的理论根本无法证明·星体的旋转与磁场的产生这两者之间存在着的必然相关关系。

第一章节·总结

目前所有有关地磁场如何起源的问题，科学界依然是处于不停探索与争鸣的阶段，因为直到今天仍然没有一个既能对地磁场的起源作出合理的解释，还能经受科学角度验证的起源假说理论，因此地磁场起源的问题至今依然是一个未解之谜。

【第二章节：地磁场磁极的易位】

法国地球物理学家布容(Bernard·Bruhnes)1906年前往法国的司马夫中央山脉地区，布容对这片区域的火山岩进行考察时有了惊人的发现，因为这里的火山岩所携带的磁性正好与磁场的磁极方向相反。随着后来的研究越来越多也越来越深入，科学家发现除了司马夫中央山脉地区的火山岩以外，其它地区也发现了岩石所携带的磁极也有与磁场的磁极方向相反的现象，最终科学界达成了一致——地球的磁场并不是一直亘古不变的，位于地球南方区域的北磁极会易位到北方区域。相反地，位于地球北方区域的南磁极会易位到南方区域，以上所描述的就是物理上著名的「磁极倒转现象」。

科学家在研究地球的历史过程中发现磁极倒转的现象不止发生过1次，在短短的450万年这个时间段里就曾经发生过4次磁极倒转，地磁场方向相异的时间分隔线分别是：

• 布容正向期——现在至75万年前,这个时期的地磁场方向与今天的地磁场方向一致。
• 松山反向期——75万年至253万年前，这个时期的地磁场方向与今天的地磁场方向相反。
• 高斯正向期——253万年到330万年前，这个时期的地磁场方向与今天的地磁场方向一致。
• 吉尔伯反向期——330万年到450万年前，这个时期的地磁场方向与今天的地磁场方向相反。

然而在各个磁性时期中，地磁场的方向也并不是始终保持在磁性向期状态中的，有时候也会发出现的短暂性极性倒转的现象，物理学称这种现象为「短暂性磁性倒转事件」。

举例说明：

• 在布容正向期的时间段里就发生过“V带”和“X带”的短暂性极性倒转反向事件、
• 在松山反向期的时间段里就发生过“吉尔赛”、“贾拉米洛”短暂性极性倒转正向事件、

以上两个例子发生的时间是比较接近现代的，然而相比地球46亿岁的年龄，比松山反向期更为古老的地质历史时期里，其中也一定发生过很多次「短暂性磁性倒转事件」，只不过是由于这些事件发生的年代距离现在太过于遥远了，因此以目前的科学技术水平无法对事件的具体发生时间进行确定性的鉴定。

图片来源于网络

【K²·结语】

在编辑本文结语的前一天晚上，我还特意查阅了一些有关地磁场为什么会发生磁极易位现象的相关资料，其中有一些资料让我感到是有一点科学依据的。

早在45亿年前，地球正处于熔融的状态中，这个时期的地球被一颗与火星体积相当的星体撞击了，这次猛烈的撞击使得地球在外力的作用下加快了自转的速度，从而导致地球内部的热核产生电流并最终形成了磁场，同时在这次的撞击过后地球也得到了作为撞击的副产品——月球。5亿年之后，也就是40亿年前地球又被一颗“不讲武德”的巨大陨石猛烈撞击了，这次撞击的结果促使了地球内部的磁场不由自主地对调了。

从地球形成的之后，地球就一直在太阳以及其他天体的引力作用下围绕着太阳旋转，但是太阳系本来又是银河系里的一小部分，因为银河系自身也拥有一个庞大的磁场，这个更大的磁场会对地球的磁场产生一些直接影响，从而促使地球的磁性会像罗盘中的指南针一样，随着银河系磁场的方向而不断地变化。

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