世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上灿烂的星空。

------ 康德

电磁学教学课外系列讲座之一

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～

109T3.灯塔模型（ 13 ）

四、结构纷呈的星系磁场

1. 星系的多种型态2.银河的磁场可能解释3.射电星系磁场花样很多 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 ～ 10-12T2. 理论研究：（ 1 ）宇宙原初磁场可能形成多种形态星系（ 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！

参考文献：[1] Seymour,P., 1986, Adam Hilger, Bristel and

Boston, USA.

[2] 李国栋 编著， 1999 ，中国科学技术大学出版社，

合肥，中国 .

[3] Wielebinski,R, Geophys, Astrophys, Fluid Dyn.,

90(1990),19.

[4] 艾国祥等，天文学报， 26 （ 1986 ）， No. 2, 173.

谢谢大家！