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天体的磁场与起源 中国科学技术大学天体物理中心 程福臻 一、对人类重要的地磁场 二、奇妙的太阳表面磁场 三、惊人的脉冲星强磁场 四、结构纷呈的星系磁场 五、颇有争议的原初磁场 一、对人类重要的地磁场 1.磁层：从电离层以上直到行星空间的区域，其中带电粒子所受到的磁场作用力已大于气体的压力，因而带电粒子的运动主要由这一区域中的地磁场控制，称这区域为磁层。（图2） 向日面～ 10RE，背日面～ 30—100RE， Van Allen belts；极光。 2.地磁两极反向：79年地球卫星测量分析，约1200年后，地球磁场将反向！ 在最近的4.5× 106年中，反向12次（图3） 地磁极： 反向的全过程大致是，先在约103—104年内磁场减小到约1/4～ 1/3，然后地磁极移动约30°，地磁场继续降低，最后是地磁场反向，再增加其强度。 强度变化约经历104年， 方向变化约经历103—104年。 最早的地磁反向是发生在约3.2×109年前。 3.地磁场与人类关系： （1）磁定向和磁导航 （2）磁法探矿：对地磁异常的测量和分析 （3）地磁暴严重干扰短波无线电通信 （4）对气候的影响，反向与生物灭绝关系， 可能是反向引起气候变化！ （5）地磁异常与地震预报：震——磁效应 （6）地磁异常与火山预报：火山区场强变大 （7）对人生理节律和病理变化影响 （8）地磁测量与地质构造 （9）人为改变局部地磁场，引起气候局部 变化的“气象武器”设想 …… 4.地球的内部结构（图4） 5.地磁的起源问题及假说 （1）内部的发电机模型（图5） （2）压电效应学说 （3）温差电效应学说 （4）太阳磁活动造成地幔的电磁感应学说 …… 6.地磁场反向的解释 （1）对流对称性改变学说 （2）对流漩涡区分布变化说 （3）地核、地幔产生两反向偶极磁场说 （4）三偶极型磁场说 …… 二、奇妙的太阳表面磁场 1.太阳的结构（图6） 2.太阳表面的活动 10-1T← 黑子（7），磁极，周期（9）；“螺线管”假说（11） 耀斑（8）；磁重连解释（11），太阳宇宙射线 10-2T← 日珥（7）；磁通量管导引的等离子体流动（8） 10-4T← 日冕高温产生太阳风，能量比宇宙线低，400km/sec 3.对地磁场产生很重要影响 （1）耀斑引起地磁暴 （2）太阳风是形成地球磁层的外因 （3）黑子11年（半周期）与地球大气 变化相关 …… 三、惊人的脉冲星强磁场 1.1967年，1.33秒宇宙射电脉冲信号，Hewish组“小绿人#1”，随后其它的脉冲星发现 10-2秒～ 1秒，是致密星 回想起1934年Baad Zwicky提出的中子星 2.磁通量守恒，导致极强磁场 半径约10公里，亿吨/cm3，B～ 108～109T 3.灯塔模型（13） 四、结构纷呈的星系磁场 1.星系的多种型态(14) 2.银河的磁场可能解释(15) 3.射电星系磁场花样很多(16) 磁约束等离子体 五、有争议的原初磁场 1.目前星系际空间的原初磁场尚缺少直接观测，只是间接观测：10-13～10-12T 2.理论研究： （1）宇宙原初磁场可能形成多种形态星系(17) （2）宇宙原初磁场产生喷流 （3）引起宇宙线各向同性分布 （4）是发电机理论的种子磁场 3.起源问题：不清楚！ 宇宙早期等离子状态时期，正电荷离子与负电荷电子两者旋转速度不同，而发生漂移电流，产生弱原初磁场！ * * *