地球之磁場 – 守護地球的無形屏障
概述：
地球磁場，猶如一位無形的守護者，包圍著地球並形成一個磁罩。此磁罩大致呈現於兩極的對稱分佈，類似於地球核心放置了一根磁棒，南北極相互對應。
地磁的起源：
地磁並非單獨存在，它受到外界的擾動影響，例如來自太陽的帶電粒子流，稱為「太陽風」。太陽風攜帶著磁場，試圖將地球磁場從地表上吹走，然而地球磁場仍能有效抵抗太陽風的侵襲。
隨著太陽風繞過地球磁場，它形成一個彗星形的區域，稱為「磁層」。磁層的邊界稱為「磁層頂」，遠離地面約5-7萬公里。
在磁層尾端的另一端，形成了「磁尾」。磁尾是一個拉長的「尾巴」，延伸到地球磁場之外，在磁層頂的對面。
地球磁層的作用：
地球磁層形成了一個護盾，保護地球免受太陽風的直接侵襲。這些帶電粒子，如果直接衝擊地球表面，將對人類和其他生物造成嚴重後果。
此外，某些生物，例如海龜和候鳥，依賴地磁導航。地磁的發現和指南針的發明使人類得以進行遠洋航行，開創了大航海時代，對貿易、戰爭和文化交流產生了深遠的影響。
磁場的測量：
地球磁場的強度和方向可以使用指南針進行測量，指南針指針會指向地球磁場的北極。磁場的強度可以通過測量磁鐵對磁場的磁力來確定。
磁場的強度的常用單位是高斯（G）和納特斯拉（nT），其換算公式為1 G = 100,000 nT。特斯拉也是磁場強度國際單位制中的單位，地表磁場強度介於 25,000 至 65,000 nT（0.25 至 0.65 G）之間。
磁力線圖：
磁場強度的等高線圖稱為「力線圖」。世界地磁模型顯示，地球磁場強度的整體趨勢從兩極向赤道逐漸減弱，最低處位於南美洲附近的大西洋異常區，最高處位於加拿大北部、西伯利亞和澳洲南部的南極海岸。
地磁傾角：
地磁傾角是地磁場所形成的角度，介於 -90°（向上）和 90°（向下）之間。在北半球，地磁場向下傾斜，在地磁北極指向正下方，並隨緯度下降而逐漸向上，在「地磁赤道」處完全與地表平行（0°）。往南，傾角繼續向上，直到地磁南極處指向正上方。
地磁偏角：
地磁偏角是地磁場相對於正北方向東偏時的正值，或者西偏時的負值。一種測量方法是比較指南針的指向和天極的方向。
磁場成分的空間分佈:
近地表的磁場可以近似為一個磁偶極子，位於地心，與地球自轉軸呈 11° 夾角。此磁偶極子可由一個強力磁鐵實現，其南極指向地磁北極。
人類是根據地球兩極的方位定義磁鐵的南北兩極，而不是相反：磁鐵的北極是指南針在自由旋轉時轉向地磁北極的一端。由於兩塊磁鐵的南北兩極相吸，這意味著地磁北極實際上是地磁場的南極。
地磁兩極的定義：
地磁兩極的位置有局部和全球兩種定義。局部定義是磁場線垂直於地表的點，這可以通過測量地磁傾角來判斷：地磁北極的地磁傾角為 90°（正下），地磁南極則為 -90°（正上）。
全球定義利用數學模型：設想一條直線穿過地心，平行於地磁場的最佳擬合磁偶極子，這條線穿出地表的南北兩點便分別是地磁南北兩極。
地磁場的變化：
地磁場的變化時間跨度很大，從毫秒到數百萬年不等。較短的變化主要來自電離層和磁層中電流的日常波動和磁暴。時長在一年以上的變化反映地球內部的變化，特別是富含鐵的地核。
地磁偏移：
地磁偏移是指地磁場偶極子軸有時會傾斜到越過赤道，然後返回到原來的極向的現象。
地磁北極的漂移：
地磁北極正在從加拿大北部往西伯利亞方向漂移，速度正在加快：20 世紀初速度為每年 10 公里，2003 年已升至每年 40 公里，目前仍在上升。
地磁場的弱化：
目前的地磁場正在整體減弱。在過去 150 年間，地磁場強度下降了 10% 至 15%，且在過去幾年有加快的趨勢。地磁場在 2 千年前達到比目前強度高 35% 的最高值，並自此幾乎持續減弱至今。
地磁場的起源理論：
科學家認為，由於地核的體積極大，且温度和壓力相對較高，使得地層的導電率極高，因而電流可以永不消失地在其中流動，形成了地球磁場。
地磁場的發現：
最早提出地磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在 1600 年提出，地球本身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。
1893 年，數學家高斯在著作《地磁力的絕對強度》中創立了描繪地磁場的數學方法，以數學理論表示地磁場的測量和起源研究。
地磁場的測量和應用：
人類在公元 11 世紀便已利用磁性指南針判斷方向，在 12 世紀更進一步用指南針導航。
地磁場的測量可以應用於多個領域，包括地質探索、考古勘查和天文學。
地球磁場
地球磁場是一種無形的力場，包圍著地球並保護其免受有害太陽輻射和帶電粒子的影響。它由地球內部的移動電流產生，其強度和方向隨著時間而變化。
地球磁場的起源
地球磁場起源於地球的液態外核，該外核是由鐵和鎳組成的。當這些液體流動時，它們會產生電流，從而形成地球磁場。
地球磁場的結構
地球磁場可以分為兩個組成部分：
| 組成部分 | 特性 |
|---|---|
| 主磁場 | 地球磁場的主要部分，由外核中的電流產生，具有雙極結構，即兩個磁極，一個位於北極附近，一個位於南極附近。 |
| 非主磁場 | 較弱的地磁場部分，是由地殼中磁性物質的局部磁異常和太陽活動產生的磁暴造成的。 |
地球磁場的強度
地球磁場的強度在不同地點和時間有所不同。一般來説，磁場的強度在赤道附近較弱，在極地附近較強。磁場強度也會隨著太陽活動而變化，在太陽活動旺盛時期磁場強度較弱。
延伸閲讀…
地球磁場_百度百科
第三章地球磁場與磁層The Geomagnetic Field and …
地磁極的運動
地球磁極並不是固定的，而是會隨著時間而移動。主磁極以幾個世紀的間隔緩慢移動，而非主磁極則會更頻繁地移動。磁極的運動是地球內部電流模式的結果。
地球磁場的意義
地球磁場對於生命在地球上生存至關重要。它：
- 保護地球免受太陽輻射：地球磁場將有害的太陽輻射偏轉，防止它們到達地球表面。
- 提供方向感：地球磁場使動物和人類能夠使用磁力感應來定向。
- 影響無線電波傳播：地球磁場會影響無線電波的傳播，例如短波和長波。
結論
地球磁場是一個無形的力場，保護著地球上的生命免受有害輻射和帶電粒子的影響。它是由外核中流動的金屬產生的，隨時間推移而強度和方向會改變。瞭解地球磁場對於太空天氣預測和使用無線電通信至關重要。