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，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，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，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，這些子氣旋遇到海洋表面的高溫氣流可立即加強(qiáng)為臺風(fēng)或颶風(fēng)。由于這些臺風(fēng)或颶風(fēng)也會產(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飛越水星時發(fā)現(xiàn)水星確實存在一個很弱的磁場，這個磁場也像地磁場那樣是一個偶極磁場，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)電流體的流動產(chǎn)生了水星磁場[4]。但這樣的假說無法解釋水星兩個半球磁場的差異，令人難以置信。