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驅動地球發電機

我們探究磁場如何反轉之前，需要了解是什麼驅動著地球發電機。在1940年代，物理學家就公認：三個基本條件對產生任何的行星磁場是必需的，並且自那以後的其他發現都是建立在這一共識之上。第一個條件是：要有大量的導電流體——地球地心的外核是富含鐵的流體。這個臨界層包裹著一個幾乎純鐵的固態地心核心，深埋在厚重的地幔和極薄地大陸、海洋地殼之下。距離地表的深度約2900千米。地殼和地幔重量帶來的極大負荷，造成了地核內的平均壓力是地表壓力的200萬倍。此外，地心的溫度也同樣極端——大約為攝氏5000度，和太陽表面的溫度相近。

這些極端的環境條件，構成了行星發電機的第二要件：驅動流體運動的能量來源。驅動地球發電機的能量，部份是熱能，部份是化學能——兩者都在地心深處造成浮力。就像一鍋在火爐上熬著的湯一樣，地心的底部比頂部熱（地心的高溫是地球形成時截留在地球中心的熱能）。這意味著地心底部較熱的、密度較低的鐵趨向於上升，就像熱湯裡的水滴。當這些流體到達地心頂部時，會由於碰到上覆的地幔而喪失部份熱量。於是液態鐵會冷卻、密度變得比周圍的介質高，從而下沉。這個透過流體的上升和下降來自下而上傳遞熱量的過程稱為熱對流。

現任職於美國加州大學洛杉磯分校的Stanisl*　Braginsky在1960年代指出過，熱量從地心上部的外核逸出也會導致地心固態核心體積的膨脹，產生兩種另外的浮力來源來驅動對流。當液體的鐵在固態核心的外部凝固成晶體時，潛在的熱量——結晶熱會作為副產品被釋放出來。這些熱量有助於增強熱浮力。此外，密度較低的化合物（如硫化鐵和氧化鐵）被核心的結晶體排出並穿過外核上升，也會加強對流。

行星要產生自維持的磁場，還需要第三個條件：旋轉。地球的自轉透過科里奧效應使地心內上升的流體偏轉，就像我們在氣象衛星影像上看到的洋流和熱帶風暴被科里奧效應扭曲成熟悉的漩渦狀一樣。在地心中，科里奧力使上湧的流體偏轉，沿著螺旋形的軌跡上升，彷彿沿著鬆弛彈簧的螺旋狀金屬線運動。

地球有著一個富含鐵的液態地心能夠導電、有足夠的能量驅動對流、有科里奧力使對流的流體偏轉，這些是地球發電機能夠維持它本身數十億年的主要原因。

地球是個大磁體，處於自身不停的公轉與自轉運動中，導致磁的分散，又磁能之間的作用力致使磁一部分一部分的凝聚。凝聚的磁能中有些部分的磁能較大，有些部分的磁能較小，所以它們的能量有強弱之分。

（二） 磁與電

【一】釋義

電磁

電和磁有許多相似之處：帶電體周圍有電場，磁體周圍也有磁場；同種電荷相斥，同名磁極也相斥；異種電荷相吸，異名磁極也相吸；變化的電場能激發磁場，變化的磁場也能激發電場。磁和電這對佳偶也並非是完全對稱的，這種不對稱性不論從宏觀還是微觀上都有所反映。在宏觀上，從地球、月球、行星到恆星、銀河系和河外星系，不可勝數的天體以及遼闊無垠的星際空間，都具有磁場，磁場對天體的起源、結構和演化都有著舉足輕重的影響；可是電場在宇宙空間幾乎無聲無息，對豐富多彩的天文學似乎毫無建樹。而從微觀上看：在磁與電的關係中，磁性是更為本質的東西，我們可以用磁來制約電，卻不能用電來制約磁。

場

指的是空間中的一個區域，進入的物體都會感受到力的作用。例如我們生活在地球的重力場中，也生活在地磁的磁場中，閃電時我們更籠罩在強大的電場中

磁場

能夠產生磁力的空間存在著磁場。靜止的磁偶極子會產生靜磁場。磁