地球磁場(chǎng)及翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)方案網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)

1、地球磁場(chǎng)及翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)方案理學(xué)院四班 彭渤地球磁場(chǎng)起源 從公元1600年前后開(kāi)始,最早見(jiàn)于威廉.吉爾伯特的 各派學(xué)說(shuō)眾說(shuō)紛紜 發(fā)動(dòng)機(jī)學(xué)說(shuō)的影響最大 愛(ài)因斯坦歸為物理學(xué)領(lǐng)域尚未解決的五個(gè)重大難題之一 地球磁場(chǎng)起源說(shuō)一覽表提出時(shí)間名稱(chēng)主要思想理論缺陷約十七世紀(jì)永磁體學(xué)說(shuō)地球內(nèi)部存在巨大的永磁體，由永磁體產(chǎn)生地球磁場(chǎng)地球內(nèi)部溫度很高，不可能存在永磁體內(nèi)部電流學(xué)說(shuō)地球內(nèi)部存在巨大的電流，形成巨大電磁體產(chǎn)生地球磁場(chǎng)未觀測(cè)到這種巨大電流，而且巨大電流也會(huì)很快衰減，不會(huì)長(zhǎng)期存在1900年電荷旋轉(zhuǎn)學(xué)說(shuō)地球表面和內(nèi)部分別分布著符號(hào)相反、數(shù)量相等的電荷，由地球自轉(zhuǎn)而形成閉合電流，由此電流產(chǎn)生磁場(chǎng)缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)19

2、29年壓電效應(yīng)學(xué)說(shuō)物質(zhì)在超高壓力下使物質(zhì)中的電荷分離，電子在這樣的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)理論計(jì)算出這樣的磁場(chǎng)僅有實(shí)際球地磁場(chǎng)的約 10-31933年旋磁效應(yīng)學(xué)說(shuō)地球內(nèi)的強(qiáng)磁物質(zhì)旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生地球磁場(chǎng)這種旋磁效應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)只有實(shí)際地球磁場(chǎng)的大約 10-111939年溫差電效應(yīng)學(xué)說(shuō)地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的熱量，使熔融物質(zhì)發(fā)生連續(xù)的不均勻?qū)α?，這樣產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)和電流，由此電流產(chǎn)生地球磁場(chǎng)理論估計(jì)同樣與地球磁場(chǎng)不符合19461947年發(fā)電機(jī)學(xué)說(shuō) 地球內(nèi)部的導(dǎo)電液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)恒的電流，由這電流產(chǎn)生地球磁場(chǎng)1947年旋轉(zhuǎn)體效應(yīng)學(xué)說(shuō)根據(jù)少數(shù)天體觀測(cè)得到的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，認(rèn)為具有角動(dòng)量的旋轉(zhuǎn)物體都會(huì)產(chǎn)生磁

3、矩，因而產(chǎn)生磁場(chǎng)需要使用一并無(wú)科學(xué)根據(jù)的常數(shù)，5年后又被提出者根據(jù)精密的實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以否定1950年磁力線(xiàn)扭結(jié)學(xué)說(shuō)在地球磁場(chǎng)磁力線(xiàn)的張力特性和地核的較差自轉(zhuǎn)，會(huì)使原始微弱的地球磁場(chǎng)放大，由此產(chǎn)生地球磁場(chǎng)1954年霍爾效應(yīng)學(xué)說(shuō)在地球內(nèi)部由于溫度不均勻產(chǎn)生的溫差電流和原始微弱磁場(chǎng)的同時(shí)使用下，會(huì)由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)和霍爾電流，由此產(chǎn)生地球磁場(chǎng)1956年電磁感應(yīng)學(xué)說(shuō)由太陽(yáng)的強(qiáng)烈磁活動(dòng)通過(guò)帶電粒子的太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球后，會(huì)通過(guò)地球內(nèi)部的電磁感應(yīng)和整流作用產(chǎn)生地球內(nèi)部的電流，由此產(chǎn)生地球磁場(chǎng)地球磁場(chǎng)對(duì)宇宙射線(xiàn)的屏蔽與磁極翻轉(zhuǎn)地球磁場(chǎng)最大的作用是形成一道屏障，把宇宙射線(xiàn)集中到地球的南北兩個(gè)磁極。太陽(yáng)風(fēng)在離地

4、球大約64000公里以外，也就是10倍于地球半徑的地方，以每秒數(shù)百公里的速度飛向地球，不斷沖擊著地球外圍環(huán)境，當(dāng)粒子流進(jìn)入地球附近時(shí)，一部分會(huì)由于受洛侖茲力作用繞過(guò)地球，剩下的會(huì)被類(lèi)似磁鏡的地磁系統(tǒng)俘獲（通常在至個(gè)地球半徑外的距離就被攔截到）。所以實(shí)際上到達(dá)地球的帶電粒子只剩下很少的一部分 。過(guò)去的7500萬(wàn)年中，地球磁場(chǎng)的方向至少翻轉(zhuǎn)過(guò)170次，平均每隔45萬(wàn)年翻轉(zhuǎn)一次。而許多學(xué)者甚至認(rèn)為，地球磁極翻轉(zhuǎn)的周期為為25萬(wàn)年。最近的75萬(wàn)年里（也有的說(shuō)是100萬(wàn)年），地球磁場(chǎng)一直沒(méi)有反轉(zhuǎn)過(guò) 。丹麥行星科學(xué)中心研究人員發(fā)現(xiàn)：地球南北極上空磁場(chǎng)正在出現(xiàn)裂縫，或者說(shuō)出現(xiàn)破洞，他們據(jù)此認(rèn)為地球磁極將在近

5、期內(nèi)不可避免地發(fā)生位移。最終南北極換位。德國(guó)波茨坦地球物理所科學(xué)家進(jìn)行更深入的觀察，得到類(lèi)似的結(jié)論。 地磁極發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，地磁極極有可能出現(xiàn)暫時(shí)消失的情形 。對(duì)應(yīng)方案在“射向”地球的宇宙射線(xiàn)中，太陽(yáng)輻射粒子流（太陽(yáng)風(fēng)）占主要成分，而太陽(yáng)風(fēng)主要成分為氫原子核（質(zhì)子），在地球軌道上，太陽(yáng)風(fēng)速度約為500公里/秒。故可用速度5105 m/s 的質(zhì)子流代表宇宙射線(xiàn)。應(yīng)對(duì)方案一：電磁鐵群 地球上沿經(jīng)線(xiàn)布置一組電磁鐵，構(gòu)成人造磁場(chǎng)，有點(diǎn)象一個(gè)手榴彈，圓形彈體代表地球，彈體上的方塊代表電磁鐵，N極向下，S極向上，彼此相吸。產(chǎn)生人工磁場(chǎng)保護(hù)地球替天而為計(jì)算分析：以其中一段經(jīng)線(xiàn)上的兩個(gè)磁極為例為例用兩個(gè)載流線(xiàn)圈代

6、表電磁鐵，設(shè)電流I，彼此距離2d，線(xiàn)圈半徑R. 為簡(jiǎn)化問(wèn)題，以投影到連線(xiàn)中心的P點(diǎn)為研究點(diǎn)，考慮P點(diǎn)的x軸 磁感應(yīng)分量（只有這個(gè)方向的分量對(duì)入射粒子有攔截作用）022321cossin2cos2cosRrRrdrIRB12BB 設(shè)初始條件為：設(shè)通過(guò)線(xiàn)圈的電流為1000安，線(xiàn)圈半徑1000米，兩線(xiàn)圈相隔2000米，p點(diǎn)距地球十公里處，即I=1000 A, r=1000 m, h=r tan =10000m，此時(shí)r R,故可簡(jiǎn)化式子：cossin2332rIRB 對(duì)速度為500 km/s 的質(zhì)子，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)加速度：TB111089. 1eemvBqmFasma21005. 9可以用加鐵心，增加線(xiàn)圈匝

7、數(shù)的辦法來(lái)增加它的磁場(chǎng)，但是作用非常有限的。目前有用利超導(dǎo)體制作的電磁鐵，能夠產(chǎn)生幾十t的磁感應(yīng)強(qiáng)度，但這樣的電磁鐵，第一：規(guī)模不大。第二：在地表附近產(chǎn)生如此巨大的磁場(chǎng)，勢(shì)必嚴(yán)重影響到人類(lèi)生活。方案一失敗。cossin2332rIRB 方案二：超導(dǎo)線(xiàn)圈構(gòu)造磁偶極子模擬地球磁場(chǎng)對(duì)粒子有“攔截”作用的磁場(chǎng)，規(guī)模必須足夠大 如果讓地球南北兩極“戴上”一個(gè)巨大的超導(dǎo)體線(xiàn)圈，就可以構(gòu)成一個(gè)類(lèi)磁偶極子的磁場(chǎng)，來(lái)模擬地磁場(chǎng)。日地空間物理248 頁(yè) 超導(dǎo)環(huán)的位置。電磁系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)已很接近地磁場(chǎng)，能起類(lèi)似地磁場(chǎng)的作用 ，只要這個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生和地球同樣的磁距，目的就達(dá)到了。mRro61073. 115sin電流強(qiáng)度

8、是異常大的，應(yīng)該考慮使用超導(dǎo)體及多匝線(xiàn)圈的辦法，如：用10000匝線(xiàn)圈，則電流強(qiáng)度應(yīng) 3.4104 A這個(gè)方案成功與否，關(guān)鍵取決于超導(dǎo)工業(yè)的發(fā)展 。超導(dǎo)環(huán)半徑的大?。簢?guó)外最新的超導(dǎo)材料已經(jīng)達(dá)到長(zhǎng)1000-2000米、電流密度在10000-15000安培平方厘米以上的水平 電流大小：pIr22315100 . 8mTpAI8104 . 3偷懶的想法。1850年，爆發(fā)的太陽(yáng)風(fēng)暴：美國(guó)與歐洲的通信線(xiàn)路同時(shí)短路，因此引發(fā)了大量的火災(zāi)電流可調(diào)，但最大值至少要與上面計(jì)算相等方案三 月球分子模型月球以一定速度繞地球旋轉(zhuǎn)，這很像一個(gè)分子電流模型，我們?cè)O(shè)想給月球加上一定電荷，那它繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)就可以產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，把

9、地球“罩”在這個(gè)磁場(chǎng)保護(hù)之內(nèi)。目的：讓射向地球的宇宙射線(xiàn)（主要是太陽(yáng)風(fēng)）受洛侖茲力作用偏轉(zhuǎn)開(kāi)去,避開(kāi)地球 。設(shè)粒子在這時(shí)入射到離地球10倍半徑的地方，在它飛到地球表面的這段時(shí)間內(nèi)，受洛侖茲力作用偏轉(zhuǎn)，最后擦著地球邊緣橫向飛出。 作用時(shí)間： 要在這段時(shí)間內(nèi)橫向偏轉(zhuǎn)一個(gè)地球半徑： 要求作用在質(zhì)子垂直飛行方向的B為 在a點(diǎn)，月球產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度： b點(diǎn) 月球帶電量為Q，則月球產(chǎn)生的電流元 為：Idl=Qv2)60(4rQvB當(dāng)月球運(yùn)行到地球背面時(shí)，在地球迎太陽(yáng)一面產(chǎn)生磁場(chǎng)最弱，為svrte4.13310smarsat750212TvqmaBee111056. 12)60(4rQvB2)70(4rQvBab以b點(diǎn)計(jì)算 :則需要給月球加上：3.341010 C 的電荷,那么即使是最壞的情況下，太陽(yáng)風(fēng)粒子也不能達(dá)到地球 其他影響：這些電荷在地球產(chǎn)生磁場(chǎng)為 ：電荷是守恒的，對(duì)月球加上電荷，意味著給另一物體加上電性相反的等量電荷，而看來(lái)這些電荷只能加到