行星磁場的起源與演化

鐘萃相

摘?要：現(xiàn)有的行星磁場的起源和演化理論認(rèn)為行星磁場是由行星內(nèi)核中導(dǎo)電流體的流動(dòng)產(chǎn)生的，但這種假說無法解釋行星磁場空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性。于是，作者研究了太陽系行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境，發(fā)現(xiàn)了這些行星磁場的形成及其變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：水星;金星;地球;火星;木星;行星磁場

TheOrigin?and?Evolution?of?Planetary?Magnetic?Fields

Zhong?Cuixiang

Jiangxi?Normal?University?JiangxiNanchang?330022

Abstract：The?existing?theories?on?the?origin?and?evolution?of?planetary?magnetic?field?believe?that?the?planetary?magnetic?field?is?generated?by?the?flow?of?conductive?fluid?in?the?planetary?core，but?these?hypotheses?can?not?explain?the?inhomogeneity?of?the?spatial?distribution?of?planetary?magnetic?field?and?its?changing?characteristics?with?time.Therefore，the?author?studied?the?internal?structure?and?external?environment?of?the?planets?in?the?solar?system，and?found?the?formation?mechanism?and?variation?law?of?the?magnetic?field?of?these?planets.

Keywords：Mercury;Venus;Earth;Mars;Jupiter;planetary?magnetic?fields

行星磁場是指行星周邊的磁場，但是比較有影響的行星磁場起源說都是沿襲地磁場的內(nèi)部發(fā)電機(jī)學(xué)說，即認(rèn)為行星磁場是由核中導(dǎo)電流體的流動(dòng)產(chǎn)生[12]。但這種假說存在嚴(yán)重的缺陷，無法解釋行星磁場空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性。于是，作者重新分析了地球、水星、金星、火星、木星等行星的形成與演進(jìn)過程及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境，找到了這些行星磁場的形成原因及其變化規(guī)律。

1?地磁場的形成與變化

關(guān)于地磁場的成因，人們已提出了多種假說，其中比較有影響的是地球內(nèi)部發(fā)電機(jī)說，但該假說仍然無法解釋地磁場空間分布的不均勻性和隨時(shí)間不斷變化的特性，因此存在嚴(yán)重缺陷，未能成為真正科學(xué)的理論。為此，作者重新分析了地球的形成與演進(jìn)過程及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境，找到了地磁場的成因：地球兩極的大氣渦旋可產(chǎn)生螺旋電流，從而在兩極形成一系列方向相同的偶極磁場，疊加起各地云層大氣電路形成的局部非偶極磁場，便產(chǎn)生了當(dāng)今的地磁場。在月球繞地球的運(yùn)行過程中，月球?qū)蓸O渦旋都有萬有引力作用，導(dǎo)致極渦偏斜，便產(chǎn)生了磁偏角[3]。

由于產(chǎn)生偶極磁場的極渦位于地球兩極，因此地磁場的強(qiáng)度在北美、西伯利亞和南極大陸附近達(dá)到最大值，而在靠近赤道的太平洋和南美洲中部達(dá)到最小值。這就說明地磁場空間分布的不均勻性。

另外，在月球繞地球的運(yùn)行過程中，正如月球能引海潮那樣，月球?qū)O渦也有萬有引力作用。每當(dāng)月球靠近極渦時(shí)，它能使極渦傾斜、拉伸、剪切或破裂，甚至拖出一些子氣旋，使極渦產(chǎn)生的偶極磁場發(fā)生變化。特別是當(dāng)?shù)厍蛱幱诒跁r(shí)，有些拖出的子氣旋可立即變成氣流方向相反的氣旋，從而可產(chǎn)生極性相反的偶極磁場，當(dāng)這些極性相反的偶極磁場成長為總強(qiáng)度大于原有極渦的偶極磁場強(qiáng)度時(shí)，地磁場就發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

此外，有些被拖出的子氣旋可能伴隨平流層的氣流沿月球引力方向移動(dòng)，這些子氣旋遇到海洋表面的高溫氣流可立即加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)。由于這些臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)也會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場，伴隨著太陽自西向東快速自轉(zhuǎn)和地球自西向東自轉(zhuǎn)，在太陽的引潮力作用下，這些風(fēng)暴磁場有西漂的現(xiàn)象。綜上所述，地磁場是隨時(shí)間的變化而變化的。

2?水星磁場的形成與特征

水星是太陽系八大行星之一，而且是距離太陽最近的行星。但其質(zhì)量只有3.302×1023kg，和一些衛(wèi)星的質(zhì)量差不多，所以它只能吸引非常稀薄的大氣，而且其自轉(zhuǎn)速度非常慢，它理當(dāng)不存在磁場。然而20世紀(jì)70年代美國航天局發(fā)射的水星探測器Mariner?10飛越水星時(shí)發(fā)現(xiàn)水星確實(shí)存在一個(gè)很弱的磁場，這個(gè)磁場也像地磁場那樣是一個(gè)偶極磁場，圍繞在水星周圍，但北半球的磁場比南半球的磁場強(qiáng)得多。由于水星磁場與地磁場很相像，極性也相同，即水星磁場的南極在水星的北半球，其北極在南半球。于是有人認(rèn)為，水星磁場的成因應(yīng)該與地磁場的成因類似，即星核中導(dǎo)電流體的流動(dòng)產(chǎn)生了水星磁場[4]。但這樣的假說無法解釋水星兩個(gè)半球磁場的差異，令人難以置信。