地磁場是怎樣形成的？

我國古人早就對地磁現象有所認識。11世紀時，北宋沈括就在其名著《夢溪筆談》中明確指出磁偏角的存在。不過，沈括并不知道磁偏角是地球兩極與地磁兩極不重合造成的，當然更不知道還存在著與此緊密相關的地磁場。

我們知道，地球本身就好像是一個大磁鐵，那么它就與磁鐵一樣，也會有磁場。但是，地磁的許多性質是很奇特的。比如，它并不總是恒定的，而是隨時間在非常緩慢地變化。古地磁學研究表明，地磁場的磁極還會發生倒轉。

要想解釋地磁場的這些奇特性質，就要首先研究地磁場是怎樣形成的。

第一個提出“地磁場成因理論”概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一個論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理的兩極相重合。他的理論確立了地磁場與地球的關系，指出了地磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。但是，他的理論過于簡單，對地磁場的許多特性都不能給予解釋。

1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因在地球內部這一假設出發，創立了描繪地磁場的數學方法，使得地磁場的測量和地磁場起源的研究都可以用數學理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理解。

目前，關于地磁場起源的假說可分為兩大類：第一類假說是以地球表面上通過觀測得來的并通過試驗已經確定的物理定律為根據；第二類假說否定了這些定律，認為對于地球這樣一個宇宙物體，存在著不同于現有已知定律的特殊定律。

屬于第一類地磁場起源的假說有旋轉電荷假說。它假定地球上同時存在著等量的異號電荷，一種分布在地球內部，另一種分布在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。但是，這個假說不能解釋電荷是怎樣分離的。

以地核為前提條件的地磁場假說也屬于第一類假說。還有弗蘭克提出的“發電機效應理論”，它認為地核中的電流，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，通過感應的方式而形成的。同時，電流自身形成的場就是連續不斷的再生磁場，好像發電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說明了怎樣實現地磁場的再生過程，解釋了地磁場有一定的數值，但是在應用這種模型的時候，很難解釋在地核中的這種電路是怎樣經過圓形回路而閉合的。此外，這個模型也沒有考慮到電流對渦旋運動的反作用，而這種反作用是不允許渦旋分布在平行于赤道面的平面內的。

屬于第一類的還有“漂移電流假說”、“熱力效應假說”和“霍爾效應假說”等，但這些都不能很好地解釋地磁場的奇異特性。

屬于第二類假說的一個典型代表就是“重物旋轉假說”。1947年，布萊克特提出，任意一個旋轉體都具有磁矩，這又與旋轉體內是否存在電荷無關。磁矩與機械轉矩成比例。但是，直接證明旋轉物體磁場的存在是非常困難的。現在測量磁場的技術能夠測出非常微弱的磁力，但卻觀察不到旋轉體的磁效應，因而這個假說恐怕一時還不能成立。

長期以來，科學家一直致力于解決地磁場的“起源”問題，但由于對地球內部物質狀態的物理過程了解太少，一系列理論問題尚未解決，只好讓這個疑問存在下去。