天体的磁场是怎么产生的,与什么有关,比如地球的磁场如何产生?
太阳系中的行星有或大或小的磁场,太阳系之外的其它天体,也应该有自己的磁场,只是距离遥远,我们难以观测到。不过,有一类磁场非常强大的天体被我们间接察觉到了,这就是著名的脉冲星。脉冲星可以发出强大的电磁波,这种电磁波来源于脉冲星在其两极附近产生的强大的变化的磁场。
我们现在似乎能得出什么结论,我们完全可以隐约感觉到,宇宙中具有一定磁场的天体是普遍情况,或者说是天体的常见现象。假如大型天体具有磁场是常见现象,那么磁场的强度和磁场的出现与什么因素有关呢?
天体磁场的普遍形状
根据笔者对天体磁场的感觉,天体磁场的产生概率和天体磁场的强度与天体的自转角速度成明显的正向关系,也就是天体的自转角速度越大,产生磁场的概率就越大。并且,天体产生的磁场的强度与天体自转角速度也成明显的正向关系。比如太阳系的大行星中木星磁场最强大,木星自转角速度较快是重要原因。中子星的自转角速度更快,磁场强度自然特别大。
磁场的产生与自转关系极为密切,天体的自转是天体磁场产生的必要条件。比如,天体磁场的磁轴总是与自转轴有着较小的夹角,也就是磁场的两极与自转轴的两极总是较为接近。这绝不是偶然现象,这显示了二者的密切关系,可以说就是因果关系,即天体的自转产生了磁场。
同样自转角速度条件下,产生磁场的概率还与天体内部的物质状态或物质构成有关,天体内部温越高,越容易呈现液态或等离子态,其分子的最外层电子越容易脱离原子,有利于增强导电性。也就是天体内部物质的导电性越强,越有利于形成磁场,同理,也越有利于磁场强度的提高。这也显示,天体内部的物质构成状况会影响天体产生磁场的概率,天体内部物质的顺磁性越高,越有利于磁场的形成,同理,也越有利于磁场强度的提高。温度的提高,可以提高物质的顺磁性,这是温度提高有利于提高天体磁场的产生概率或天体磁场强度的原因。
天体自转携带着其内部带电粒子跟着运动,客观上产生了天体内部带电粒子的涡旋运动,涡旋运动的电子产生磁场。不过,我们知道天体内部的带电粒子几乎是均衡分布的,其涡旋运动产生的磁场相互中和,整体显示不出什么磁场。不过,粒子杂乱无章的运动,长期看,总体上会是均衡的,但从概率上看,总是会有偶然性的不均衡分布情况产生,比如正电粒子和负电粒子偶然性的不均衡分布状态,在天体自转的情况下,会促使磁轴与自转轴接近一致或夹角较小的磁场产生,这就是自转天体产生磁场的第一推动力。这个偶然性磁场的产生,其磁场会促使天体内部跟随天体自转的带电粒子的分布趋向有序化,结果是磁场强度跟着增大,最终达到较为稳定的磁场强度状态。
在天体自转速度一定时,其内部带电粒子就是完全有序化,表现出来的磁场强度也是一定的,存在一定的强度极限。在其它条件一定时,假如天体自转速度增大,跟着旋转的带电粒子涡旋速度增大,其产生的磁场强度也会增大,这自然会导致天体磁场的增强,这就是天体磁场强度与自转角速度有关的原因。这也进一步显示了天体磁场根源于天体自转的这个道理。
现在我们应该清楚了,地球的磁场就是地球的自转所致,就是根源于地球自转。是地球内部跟着地球自转的带电粒子分布的部分有序化,产生了我们地球的磁场。在地球初期,地球自转速度较快时,那时的磁场自然应该比现在强大一些,这是很容易得到的结论。