地球磁場言是偶極型的，近似於把一個磁鐵棒放到地球中心，使它的Ｎ極大體上對著南極而產生的磁場形狀。當然，地球中心並沒有磁鐵棒，而是透過電流在導電液體核中流動的發電機效應產生磁場的。 地球磁場不是孤立的，它受到外界擾動的影響，宇宙飛船就已經探測到太陽風的存在。太陽風是從太陽日冕層向行星際空間拋射出的高溫高速低密度的粒子流，主要成分是電離氫和電離氦。 因為太陽風是一種等離子體，所以它也有磁場，太陽風磁場對地球磁場施加作用，好像要把地球磁場從地球上吹走似的。儘管這樣，地球磁場仍有效地阻止了太陽風長驅直入。在地球磁場的反抗下，太陽風繞過地球磁場，繼續向前運動，於是形成了一個被太陽風包圍的、彗星狀的地球磁場區域，這就是磁層。 地球磁層位於地面600～1000公里高處，磁層的外邊界叫磁層頂，離地面5～7萬公里。在太陽風的壓縮下，地球磁力線向背著太陽一面的空間延伸得很遠，形成一條長長的尾巴，稱為磁尾。在磁赤道附近，有一個特殊的介面，在介面兩邊，磁力線突然改變方向，此介面稱為中性片。中性片上的磁場強度微乎其微，厚度大約有1000公里。中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向著地球，南面的磁力線離開地球。 1967年發現，在中性片兩側約10個地球半徑的範圍裡，充滿了密度較大的等離子體，這一區域稱作等離子體片。當太陽活動劇烈時，等離子片中的高能粒子增多，並且快速地沿磁力線向地球極區沉降，於是便出現了千姿百態、絢麗多彩的極光。由於太陽風以高速接近地球磁場的邊緣，便形成了一個無碰撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過渡區叫做磁鞘，厚度為3～4個地球半徑。 地球磁層是一個頗為複雜的問題，其中的物理機制有待於深入研究。磁層這一概念近來已從地球擴充套件到其他行星。甚至有人認為中子星和活動星系核也具有磁層特徵。 形成原因 通常物質所帶的正電和負電是相等數量的，但由於地球核心物質受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內部有大量的鐵磁質元素，物質變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由於地核中物質受著巨大的壓力作用，自由電子趨於朝壓力較低的地幔，使地核處於帶正電狀態，地幔附近處於帶負電狀態，情況就象是一個巨大的“原子”。 科學家相信，由於地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導電率極高，使得電流就如同存在於沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動，這使地球形成了一個磁場強度較穩定的南北磁極。另外，電子的分佈位置並不是固定不變的，並會因許多的因素影響下會發生變化，再加上太陽和月亮 的引力作用，地核的自轉與地殼和地幔並不同步，這會產生一強大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發生一種低速運動，造成地球的南北磁極翻轉。 太陽和木星亦具有很強的磁場，其中木星的磁場強度是地球磁場的20至40倍。太陽和木星上的元素主要是氫和少量的氦、氧等這類較輕的元素，與地球不同，其內部並沒有大量的鐵磁質元素，那麼，太陽和 木星的磁場為何比地球還強呢？木星內部的溫度約為30000°C左右，壓力也比地球內部高的多，太陽內部的 壓力、溫度還要更高。這使太陽和木星內部產生更加廣闊的電子殼層，再加上木星的自轉速度較快，其自 轉一週的時間約10小時，故此其磁場強度自然也要比地球高的強。 事實上，如果天體的內部溫度夠高，則天體的磁場強度與其內部是否含有鐵、鈷、鎳等鐵磁質元素無關。由於太陽、木星內部的壓力、溫度遠高於地球，因此，太陽、木星上的磁場要比地球磁場強的多。而火星、水星的磁 場比地球磁場弱，則說明火星、水星內部的壓力、溫度遠低於地球。 關於地球磁場的形成原因，一種關於地球磁場成因的假說認為：地球磁場的形成原因和其它行星的磁場的形成原因是類似的，地球或其它行星由於某種原因而帶上了電荷或者導致各個圈層間電荷分佈不均勻。這些電荷由於隨行星的自轉而做圓周運動，由於運動的電荷就是電流，電流必然產生磁場。這個產生的磁場就是行星的磁場，地球的磁場也是類似的原因產生的。這個假說和各個行星磁場的有無和強弱現象符合的非常完美。 發現 歷史上，第一個提出地磁場理論概念的是英華人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地磁場與地球的關係，指出地磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。 1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地磁場的數學方法，從而使地磁場的測量和起源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論，並沒有從本質上闡明地磁場的起源。 現在科學家們已基本掌握了地磁場的分佈與變化規律，但是，對於地磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。 目前，關於地磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨闢蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在著不同於現有已知理論的特殊規律。 屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在著等量的異性電荷，一種分佈在地球內部，另一種分佈在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地透過電與磁的關係解釋地磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。 以地核為前提條件的地磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，透過感應的方式而發生的。同時，電流自身形式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，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣透過圓形迴路而閉合的。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佈於平行赤道面的平面內的。 屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全面地解釋地磁場的奇異特性。 關於地磁場起源還有第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。 1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方面都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分佈狀況都很複雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在著必然的依存關係。 因此上說，關於地磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，對地磁場的成因作出解釋。 分佈與變化規律 地磁場的形成具有一定特殊性，按照旋轉質量場假說，地球在自轉過程中產生磁場。但是，從運動相對性的觀點考慮，居住在地球上的人是不應該感受到地磁場的，因為人靜止於地球表面，隨地球一同轉動，所以地球上的人是無法感覺到地球自轉產生的磁場效應的。 通常所說的地磁場只能算作地球表面磁場，並不是地球的全球性磁場（又稱空間磁場），它是由地核旋轉形成的。地球的內部結構可分為地殼、地幔和地核。美國科學家在試驗中發現，地球內外的自轉速度是不一樣的，地核的自轉速度大於地殼的自轉速度。也就是說，地球表面的人雖然感覺不到地球的自轉，但卻能感覺到地核旋轉所產生的質量場效應，就是它產生了地球的表面磁場。科學家在研究中還發現，地核的自轉軸與地球的自轉軸不在一條直線上，所以由地核旋轉形成的地磁場兩極與地理兩極並不重合，這就是地磁場磁偏角的形成原因。 科學家們在對地磁場的研究中發現，地磁場是變化的，不僅強度不恆定，而且磁極也在發生變化，每隔一段時間就要發生一次磁極倒轉現象。 早在二十世紀初，法國科學家布律內就發現，70萬年前地磁場曾發生過倒轉。1928年，日本科學家松山基範也得出了同樣的研究結果。第二次世界大戰後，隨著古地磁研究的迅速發展，人們獲得了越來越多的地磁場倒轉證據。如岩漿在冷卻凝固成岩石時，會受到地磁場的磁化而保留著像磁鐵一樣的磁性，其磁場方向和成巖時的地磁場方向一致。科學家在研究中發現，有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向相同，而有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向正好相反。科學工作者透過陸上岩石和海底沉積物的磁力測定，及洋底磁異常條帶的分析終於發現，在過去的7600萬年間，地球曾發生過171次磁極倒轉。距今最近的一次發生在70萬年前，正如布律內所指出的那樣。
地球磁場言是偶極型的，近似於把一個磁鐵棒放到地球中心，使它的Ｎ極大體上對著南極而產生的磁場形狀。當然，地球中心並沒有磁鐵棒，而是透過電流在導電液體核中流動的發電機效應產生磁場的。 地球磁場不是孤立的，它受到外界擾動的影響，宇宙飛船就已經探測到太陽風的存在。太陽風是從太陽日冕層向行星際空間拋射出的高溫高速低密度的粒子流，主要成分是電離氫和電離氦。 因為太陽風是一種等離子體，所以它也有磁場，太陽風磁場對地球磁場施加作用，好像要把地球磁場從地球上吹走似的。儘管這樣，地球磁場仍有效地阻止了太陽風長驅直入。在地球磁場的反抗下，太陽風繞過地球磁場，繼續向前運動，於是形成了一個被太陽風包圍的、彗星狀的地球磁場區域，這就是磁層。 地球磁層位於地面600～1000公里高處，磁層的外邊界叫磁層頂，離地面5～7萬公里。在太陽風的壓縮下，地球磁力線向背著太陽一面的空間延伸得很遠，形成一條長長的尾巴，稱為磁尾。在磁赤道附近，有一個特殊的介面，在介面兩邊，磁力線突然改變方向，此介面稱為中性片。中性片上的磁場強度微乎其微，厚度大約有1000公里。中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向著地球，南面的磁力線離開地球。 1967年發現，在中性片兩側約10個地球半徑的範圍裡，充滿了密度較大的等離子體，這一區域稱作等離子體片。當太陽活動劇烈時，等離子片中的高能粒子增多，並且快速地沿磁力線向地球極區沉降，於是便出現了千姿百態、絢麗多彩的極光。由於太陽風以高速接近地球磁場的邊緣，便形成了一個無碰撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過渡區叫做磁鞘，厚度為3～4個地球半徑。 地球磁層是一個頗為複雜的問題，其中的物理機制有待於深入研究。磁層這一概念近來已從地球擴充套件到其他行星。甚至有人認為中子星和活動星系核也具有磁層特徵。 形成原因 通常物質所帶的正電和負電是相等數量的，但由於地球核心物質受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內部有大量的鐵磁質元素，物質變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由於地核中物質受著巨大的壓力作用，自由電子趨於朝壓力較低的地幔，使地核處於帶正電狀態，地幔附近處於帶負電狀態，情況就象是一個巨大的“原子”。 科學家相信，由於地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導電率極高，使得電流就如同存在於沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動，這使地球形成了一個磁場強度較穩定的南北磁極。另外，電子的分佈位置並不是固定不變的，並會因許多的因素影響下會發生變化，再加上太陽和月亮 的引力作用，地核的自轉與地殼和地幔並不同步，這會產生一強大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發生一種低速運動，造成地球的南北磁極翻轉。 太陽和木星亦具有很強的磁場，其中木星的磁場強度是地球磁場的20至40倍。太陽和木星上的元素主要是氫和少量的氦、氧等這類較輕的元素，與地球不同，其內部並沒有大量的鐵磁質元素，那麼，太陽和 木星的磁場為何比地球還強呢？木星內部的溫度約為30000°C左右，壓力也比地球內部高的多，太陽內部的 壓力、溫度還要更高。這使太陽和木星內部產生更加廣闊的電子殼層，再加上木星的自轉速度較快，其自 轉一週的時間約10小時，故此其磁場強度自然也要比地球高的強。 事實上，如果天體的內部溫度夠高，則天體的磁場強度與其內部是否含有鐵、鈷、鎳等鐵磁質元素無關。由於太陽、木星內部的壓力、溫度遠高於地球，因此，太陽、木星上的磁場要比地球磁場強的多。而火星、水星的磁 場比地球磁場弱，則說明火星、水星內部的壓力、溫度遠低於地球。 關於地球磁場的形成原因，一種關於地球磁場成因的假說認為：地球磁場的形成原因和其它行星的磁場的形成原因是類似的，地球或其它行星由於某種原因而帶上了電荷或者導致各個圈層間電荷分佈不均勻。這些電荷由於隨行星的自轉而做圓周運動，由於運動的電荷就是電流，電流必然產生磁場。這個產生的磁場就是行星的磁場，地球的磁場也是類似的原因產生的。這個假說和各個行星磁場的有無和強弱現象符合的非常完美。 發現 歷史上，第一個提出地磁場理論概念的是英華人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地磁場與地球的關係，指出地磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。 1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地磁場的數學方法，從而使地磁場的測量和起源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論，並沒有從本質上闡明地磁場的起源。 現在科學家們已基本掌握了地磁場的分佈與變化規律，但是，對於地磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。 目前，關於地磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨闢蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在著不同於現有已知理論的特殊規律。 屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在著等量的異性電荷，一種分佈在地球內部，另一種分佈在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地透過電與磁的關係解釋地磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。 以地核為前提條件的地磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，透過感應的方式而發生的。同時，電流自身形式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，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣透過圓形迴路而閉合的。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佈於平行赤道面的平面內的。 屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全面地解釋地磁場的奇異特性。 關於地磁場起源還有第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。 1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方面都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分佈狀況都很複雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在著必然的依存關係。 因此上說，關於地磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，對地磁場的成因作出解釋。 分佈與變化規律 地磁場的形成具有一定特殊性，按照旋轉質量場假說，地球在自轉過程中產生磁場。但是，從運動相對性的觀點考慮，居住在地球上的人是不應該感受到地磁場的，因為人靜止於地球表面，隨地球一同轉動，所以地球上的人是無法感覺到地球自轉產生的磁場效應的。 通常所說的地磁場只能算作地球表面磁場，並不是地球的全球性磁場（又稱空間磁場），它是由地核旋轉形成的。地球的內部結構可分為地殼、地幔和地核。美國科學家在試驗中發現，地球內外的自轉速度是不一樣的，地核的自轉速度大於地殼的自轉速度。也就是說，地球表面的人雖然感覺不到地球的自轉，但卻能感覺到地核旋轉所產生的質量場效應，就是它產生了地球的表面磁場。科學家在研究中還發現，地核的自轉軸與地球的自轉軸不在一條直線上，所以由地核旋轉形成的地磁場兩極與地理兩極並不重合，這就是地磁場磁偏角的形成原因。 科學家們在對地磁場的研究中發現，地磁場是變化的，不僅強度不恆定，而且磁極也在發生變化，每隔一段時間就要發生一次磁極倒轉現象。 早在二十世紀初，法國科學家布律內就發現，70萬年前地磁場曾發生過倒轉。1928年，日本科學家松山基範也得出了同樣的研究結果。第二次世界大戰後，隨著古地磁研究的迅速發展，人們獲得了越來越多的地磁場倒轉證據。如岩漿在冷卻凝固成岩石時，會受到地磁場的磁化而保留著像磁鐵一樣的磁性，其磁場方向和成巖時的地磁場方向一致。科學家在研究中發現，有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向相同，而有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向正好相反。科學工作者透過陸上岩石和海底沉積物的磁力測定，及洋底磁異常條帶的分析終於發現，在過去的7600萬年間，地球曾發生過171次磁極倒轉。距今最近的一次發生在70萬年前，正如布律內所指出的那樣。