空间物理学基础3-1.pdf

第三章 磁层 第一节地磁场与磁层结构 3.1.1 磁场-普遍存在的宇宙物质  几种常见的磁场 3.1.1 磁场-普遍存在的宇宙物质  几种常见的磁场  宇宙天体磁场结构的比较 行星磁场 3.1.1 磁场-普遍存在的宇宙物质  几种常见的磁场  宇宙天体磁场结构的比较  日球层磁场结构和星际风示意图 3.1.1 磁场-普遍存在的宇宙物质  几种常见的磁场  宇宙天体磁场结构的比较  日球层磁场结构和星际风示意图  宇宙形成和演化中，磁场起着重要作用 E.P.Parker在其巨著 《宇宙磁场》一书中说： “看来，使宇宙连续不断 发生扰动的根本因素是磁场，……，磁场就像是宇宙中的 “有机体 ‘， 它从星体和星系获得能量，而微弱磁场的存在会引起一小部分能量的转 移，并形成较强的磁场。这一能量转移是太阳系、银河系和宇宙不停活 动的原因……磁场虽然不能改变和静止宇宙膨胀和蜕化这一总的进程， 但它使星球和星系的局部演化大为复杂。” 3.1.2 地磁场-地球固有的基本特性  地磁场要素  地磁场的组成  地球主磁场  变化磁场 描述地磁场的要素  北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z  水平强度H，磁偏角D，磁倾角I，总强度F 描述地磁场的要素  北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z  水平强度H，磁偏角D，磁倾角I，总强度F  七个要素之间的关系 描述地磁场的要素  北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z  水平强度H，磁偏角D，磁倾角I，总强度F  七个要素之间的关系  与球坐标中地磁分量的关系 地 磁 场 的 组 成 地磁场的组成  按场源划分：内源场+外源场  按变化时间尺度划分：稳定磁场和变化磁场 从全球来看，地核主磁场部分占总磁场的95 ％以上，局部异常场 约占4 ％，外源变化磁场只占总磁场的1％。 地球主磁场的球谐分析  主磁场标量位   所满足的Laplace方程 U r,,,t 2 2 1   2 U  1   U  1  U  U(r,,,t) 2 r  2 sin  2 2 2 0 r r  r  r sin     r sin   式中，r是地心距，是地理余纬， 90o ，是地理纬度， 是地理经度，t是时间。  主磁场的磁场强度   可以表示成U的负梯度。 Β r,,,t  B U  Laplace方程的解 n1  n a i   m m m    