如果我們叫一位不了解地球磁場的人說出指南針運行的原理，他一定會雲裡霧裡，把其看做是神秘力量的縮影，滿腦子都是玄學的解釋。事實上把這個問題發散一下，更進一步，那麼地球的磁場又是來源于何處呢？相信許多喜歡科學的讀者都有“打破沙鍋問到底”的精神，就讓我們一起來看看吧。

指南針，在中國古代叫做司南。其主要組成部分是一根放在軸上的磁針，磁針在天然地磁場的作用下可以自由轉動并且保持在磁子午線的切線方向上，磁針的北極可以指向地理的北極，利用這一性能人類可以辨别方向。

地球是一個大磁體。地球的兩個極分别在接近地理南極和地理北極的地方。地球表面的磁體，當可以自由轉動時，就會因磁體同性相斥、異性相吸的性質指示南北。古人其實很早就發現了這種現象，但是最開始卻沒有将地球想象成一塊磁鐵。

地球磁場的概念最初來自于英國的吉伯在1600年提出的“地球是一個巨大的磁石”。所以有關地磁場起源的推測已有近400年的曆史。由于地磁場好似一個近似沿自轉軸方向均勻磁化的球體磁場。“永久磁石說”就成為地磁場成因最早與最自然的猜測。

而物理學家認為地核很可能是由鐵、鎳等天然的強磁性物質組成的，所以“地球是個大磁石”的猜測看似得到了支持。但其實地球内部的溫度遠超過鐵的居裡點（與溫度相關的磁性轉變點），所以這個假說難以成立。

同時期出現的另一個推測是“自激發電機說”。由拉莫爾在1919年首先提出。根據“電磁感應”現象，這個推測指出了旋轉的導電流體維持自激發電機的可能性，這是關于地磁場起源的自激發電機說的最早概念。

“自激發電機說”在40年代末和50年代初由埃爾薩塞 、帕克和布拉德等人完成了較為系統詳實的論述，它被稱為埃爾薩塞-帕克模型和布拉德過程。随着現代大型計算機的應用，使更複雜的磁流體動力學的計算成為現實。

有專家認為“發電機機制”的主要原理是基于地球的内部結構，也就是地球的核心裡面有高溫的導電流體，地核的冷卻主要是靠和地幔的對流，這樣就産生了運動的導電。

假如地球内部一開始有微弱的“種子”磁場（局部的微弱電流可以産生局部的微弱磁場），導電的流體随着地球的轉動就會和“種子”磁場作用，類似于通電的線圈在永久磁鐵中的相對運動，根據法拉第電磁感應定律将會産生感應電流。

這個過程類似于發電機，所以稱為發電機機制。而電流環又會産生磁場，最終就形成了地球的偶極磁場結構。由于這個過程需要局部微弱電流産生的“種子”磁場，所以這個推測也被稱為“自激發發電機說”。

有各種現象表明這是現代解釋地磁場最靠譜的假說，但現代科學又沒有充分的證據證明地磁場就是這麼産生的，所以地球磁場對于我們還真就和古人一樣屬于“玄學”了，至今也仍未獲得圓滿解決。

其實地磁場本身是很弱的，這很好理解，因為從來沒聽說過南北極能把飛機給扯下來。事實上飛機駕駛員也不會感到南北極周邊會多出一股子吸力（物理不好的讀者别和萬有引力弄混了）。地磁場的磁力大概隻有25-65微特斯拉，即一特斯拉的十萬分之一。

“一特斯拉的十萬分之一”是什麼概念呢？研究員在物理實驗中用的超導磁鐵就可以達到3-8特斯拉，而之所以要用超導磁鐵，那是因為需要太強的電流才能産生這麼強的磁場。如果是用正常導體的話，由于導體的電阻不是零，導線會因為産生太多的熱量而被熔化。

有讀者一定會問，那是不是所有宇宙中的行星都擁有磁場呢？答案是不一定擁有。事實上火星的磁場大約在39億年前就已經停止，這也進一步說明磁場和行星的内部結構沒有直接關系。如果以後我們人類移民火星，想用指南針找路看來是不可能的了。

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