地球磁场,简言之是偶极型的,近似于把一个磁铁棒放到地球中心,使它的N极大体上对着南极而产生的磁场形状。当然,地球中心并没有磁铁棒,而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
地球磁场不是孤立的,它受到外界扰动的影响,宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流,主要成分是电离氢和电离氦。
因为太阳风是一种等离子体,所以它也有磁场,太阳风磁场对地球磁场施加作用,好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样,地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下,太阳风绕过地球磁场,继续向前运动,于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域,这就是磁层。
地球磁层位于地面600~1000公里高处,磁层的外边界叫磁层顶,离地面5~7万公里。在太阳风的压缩下,地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远,形成一条长长的尾巴,称为磁尾。在磁赤道附近,有一个特殊的界面,在界面两边,磁力线突然改变方向,此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微,厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分:北面的磁力线向着地球,南面的磁力线离开地球。
1967年发现,在中性片两侧约10个地球半径的范围里,充满了密度较大的等离子体,这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时,等离子片中的高能粒子增多,并且快速地沿磁力线向地球极区沉降,于是便出现了千资百态、绚丽多彩的极光。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘,便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘,厚度为3~4个地球半径。
地球磁层是一个颇为复杂的问题,其中的物理机制有待于深入研究。磁层这一概念近来已从地球扩展到其他行星。甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。
"太阳风"中的带电粒子属高能高速离子 离子在磁场中运动则会受到洛伦兹力 洛伦兹力与速度方向垂直 只会改变运动的方向而不会改变速度的大小 设想一束高能的带电离子垂直射向地球表面附近 因为地球磁感线大致与地表平行 通过左手定则知道带电粒子会受到水平方向的力 使其运动方向偏离垂直方向 最后远离地球 而对于与地球表面有一小于90度的夹角情况呢 则速度分为经 纬 两个方向 前者使其转圈 后者使其向两极运动 而两极地表磁场最强 所以最后出现在南北极 这就是为生么我们在南北极能看到奇异激光的原因 这也达到了保护了我们的家园的目的
每当太阳内部活动剧烈,发生大爆炸时,太阳表面黒子群的数量增多,太阳喷发大量高能量带电粒子,这些粒子形成的“太阳风”接近地球时,将使地磁场的分布发生改变,同时地磁场也迫使大部分带电粒子改变运动方向,不使它们到达地表,从而保护了地球上的生物免受高能量带电粒子的伤害,有一部分进入地球大气层的带电粒子将使电离层发生扰动,使无线电短波通信受到影响甚至中断。另有一部分高能带电粒子,它们的运动方向恰好沿着地球两极上空的地磁场的磁感线,从而得以接近地球,在离地表100-300Km的范围内,这些带电粒子使空气分子受到激发,受激发的氧分子将发出绿光,受激发的氮分子将发出桃红色的光,从而产生色彩变化的极光现象。
带电粒子进入地磁场后会受到洛仑兹力的作用,使粒子的运动轨迹改变,使原来要达到地球表面的粒子的运动轨迹绕开地球