行星磁场的起源与演化

钟萃相

摘 要：现有的行星磁场的起源和演化理论认为行星磁场是由行星内核中导电流体的流动产生的，但这种假说无法解释行星磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的特性。于是，作者研究了太阳系行星的内部结构与外部环境，发现了这些行星磁场的形成及其变化规律。

关键词：水星;金星;地球;火星;木星;行星磁场

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

行星磁场是指行星周边的磁场，但是比较有影响的行星磁场起源说都是沿袭地磁场的内部发电机学说，即认为行星磁场是由核中导电流体的流动产生[12]。但这种假说存在严重的缺陷，无法解释行星磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的特性。于是，作者重新分析了地球、水星、金星、火星、木星等行星的形成与演进过程及其内部结构与外部环境，找到了这些行星磁场的形成原因及其变化规律。

1 地磁场的形成与变化

关于地磁场的成因，人们已提出了多种假说，其中比较有影响的是地球内部发电机说，但该假说仍然无法解释地磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的特性，因此存在严重缺陷，未能成为真正科学的理论。为此，作者重新分析了地球的形成与演进过程及其内部结构与外部环境，找到了地磁场的成因：地球两极的大气涡旋可产生螺旋电流，从而在两极形成一系列方向相同的偶极磁场，叠加起各地云层大气电路形成的局部非偶极磁场，便产生了当今的地磁场。在月球绕地球的运行过程中，月球对两极涡旋都有万有引力作用，导致极涡偏斜，便产生了磁偏角[3]。

由于产生偶极磁场的极涡位于地球两极，因此地磁场的强度在北美、西伯利亚和南极大陆附近达到最大值，而在靠近赤道的太平洋和南美洲中部达到最小值。这就说明地磁场空间分布的不均匀性。

另外，在月球绕地球的运行过程中，正如月球能引海潮那样，月球对极涡也有万有引力作用。每当月球靠近极涡时，它能使极涡倾斜、拉伸、剪切或破裂，甚至拖出一些子气旋，使极涡产生的偶极磁场发生变化。特别是当地球处于冰期时，有些拖出的子气旋可立即变成气流方向相反的气旋，从而可产生极性相反的偶极磁场，当这些极性相反的偶极磁场成长为总强度大于原有极涡的偶极磁场强度时，地磁场就发生倒转。

此外，有些被拖出的子气旋可能伴随平流层的气流沿月球引力方向移动，这些子气旋遇到海洋表面的高温气流可立即加强为台风或飓风。由于这些台风或飓风也会产生一定强度的磁场，伴随着太阳自西向东快速自转和地球自西向东自转，在太阳的引潮力作用下，这些风暴磁场有西漂的现象。综上所述，地磁场是随时间的变化而变化的。

2 水星磁场的形成与特征

水星是太阳系八大行星之一，而且是距离太阳最近的行星。但其质量只有3.302×1023kg，和一些卫星的质量差不多，所以它只能吸引非常稀薄的大气，而且其自转速度非常慢，它理当不存在磁场。然而20世纪70年代美国航天局发射的水星探测器Mariner 10飞越水星时发现水星确实存在一个很弱的磁场，这个磁场也像地磁场那样是一个偶极磁场，围绕在水星周围，但北半球的磁场比南半球的磁場强得多。由于水星磁场与地磁场很相像，极性也相同，即水星磁场的南极在水星的北半球，其北极在南半球。于是有人认为，水星磁场的成因应该与地磁场的成因类似，即星核中导电流体的流动产生了水星磁场[4]。但这样的假说无法解释水星两个半球磁场的差异，令人难以置信。