磁铁可以让地磁场逆转吗?

茂名资讯网 / 2018年01月14日 10:10

如果把全世界的磁铁全部同极相向并强行按压在一起,那么(受此影响),地球的南北磁极有没有倒转的可能性?

把两条条形磁铁并排放在一起,N 极与 N 极,S 极与 S 极相并,它们可不愿像好朋友那样和谐共处,而是要分开,我们只有用手强按着它们,它们才会贴在一起。可一旦松手,它们立刻分开,非得让它们一个的 N 极挨着另一个的 S 极,它们才亲密无间地贴在一起。

这就是磁铁磁极 " 同性相斥、异性相吸 " 性质。我们知道,地球有地磁场,因此我们可以把地球看成是一个巨大的磁铁。那么我们可以通过制造另一块磁铁,让地球的磁极倒转吗?

地磁场倒转过十几次

据科学家发现,地球磁场还真的逆转过。

从 1920 年代开始,科学家就发现熔岩形成的岩层中有大量类似小磁铁的磁性小颗粒,这些磁性小颗粒的磁场方向会因不同的岩层而不同:有的 N 极朝南,有的 N 极朝北,有的朝向其他方向。这种情况是出乎意料的,因为炙热的熔岩从地下流出后,那些磁性物质肯定就像漂在水面的指南针一样,统统受到地磁场的影响,应该全部 N 极朝北凝固下来,不应该出现朝向其他方向的情况。除非地磁场曾经变化或逆转过!

根据不同朝向的磁性颗粒所在岩层的年代,科学家推测出,地磁场在历史上曾翻转过至少十几次,最近的一次是在大约 70 万年前。每次翻转,地磁场都是先减弱,然后消失,之后磁场方向逆转,继而又逐渐增强,开始下一个轮回。

也许有人会说,大陆板块的漂移也会改变岩层的磁性小颗粒的磁场方向啊。要知道板块的漂移是整个板块上所有的岩层都超一个方向漂移,不会出现上部分这么漂,而下部分那么漂的情况,就是说,不论板块如何漂移,岩层中的磁性小颗粒的磁场方向都应该是一致的,但是现在的情况是,不同岩层的磁性小颗粒磁场方向朝向不同。因此,地球磁场曾发生过逆转,这是科学界普遍达成的共识。

地磁场的源头来自地核

那么是什么因素导致地球磁场发生逆转了呢?是另一块磁铁吗?

要回答这些问题,我们需要了解地球磁场是如何产生的。有意思的是,对于地球磁场这个一直伴随着我们、保护我们免受宇宙辐射的 " 盾牌 ",我们却到现在还没有完全搞清楚它是如何形成的。

目前对于地球磁场的产生,科学家提出了许多理论进行解释,虽然没有一个理论可以完美地解释关于地磁场的所有现象,但其中有大家普遍认同的一些观点。

很久很久以前,人类就认识到地球存在磁场,我们知道指南针是中国古代的四大发明之一,那时人们就知道,带有磁性的指南针会指示地球磁场方向,从而可以用来指示南北。但是那时的人们一般认为,地球内部有个永久的大磁铁。这个观点到 19 世纪时就被人们否定了,当时物理学家皮埃尔 · 居里发现,磁铁在几百摄氏度的高温下会磁性消失,而地球内部的温度达到几千摄氏度,不可能存在固态大磁铁。

此后又有很多解释提出来,但逐渐都被人们发现不合适,目前认为对地磁场产生最合理的解释是:地球内部(地核)液态铁等金属流体的流动形成了电流,电流产生了地磁场。随着地球的自转,地球内部的金属流体也会围绕地心旋转,从而形成环形电流,环形电流产生的磁场正好是具有固定方向的磁场。而地磁场的方向应该是由地核的电流方向决定的。

更进一步解释,物质在高压之下,原子中的电子很容易被挤压出来形成自由的电子,而地核中心的压力高达 370 万个大气压,在这么高的压力下,地核物质的电子很容易被挤出来,跑到压力稍小的液态外核区域形成负电层,而内核部分是正电层。地球的自转会带动液态外核的流动,内核的转动也相当于正电荷的转动,两个过程都产生了电流和磁场,这一正一负的电流产生的磁场方向显然是相反的。但是液态外核的转动速度会受到外层地幔和地壳转动的影响,同时也会受到内核转动的影响。有时地壳会逐渐拖慢外核的转动速度(例如极地冰融化涌向赤道地区),这时外核的转动就会慢于内核,地球就会表现出一种方向的磁场;如果在冰期,大量水在极地冻结,会让地球像旋转的舞者抱紧胳膊一样加快旋转,这时地壳就会带动外核旋转更快,比内核的旋转速度还快,这时地球的磁场方向就是另一个方向了。

让地球翻转比让磁场翻转更容易

不管上述解释是否正确,科学家普遍认为,地球磁场的产生和是否逆转,取决于地核的旋转速度,并不是简单的大磁铁翻转。因此,要改变地核的旋转是很难的,目前还没有任何人力能与它对抗。即使地壳转动快慢的巨大影响,也只是让地核的旋转速度逐渐改变,据科学家考察,地球磁场的逆转周期是几十万年,即使是从有到无再到有的关键转变期,也要持续至少几百年。

因此,试图用外界强大的磁场来抵消地球磁场的方式,不太可能导致地球磁场的逆转。不过我们可以假设一个有趣的情景:假如有一个高大的宇宙巨人,就像我们摆弄磁铁那样,把木星和地球这两个 " 磁铁 " 按照同性相斥的方式摆在一起,会怎么样呢?

由于木星和地球是悬在真空中的,木星的质量比地球大得多,那么很可能是地球整体上会翻转,南半球变成北半球,北半球变成南半球,就像条形磁铁的翻个那样。但即使是这种情况,对于地球来说,地磁场的方向其实并没有逆转。

本文源自大科技〈科学之谜〉 杂志文章 欢迎您关注大科技公众号:hdkj1997