[科普中國]-地磁總強度

地磁總強度是用以定量地表示地球磁場分布的物理量，數(shù)值上等于作用在單位正磁極上的磁力大小的值，通常以奧斯特作為單位。

地磁臺dicitai

地磁臺

geomagneticobservatory

觀測、研究地磁場及其隨時間變化的機構(gòu)。地磁臺應(yīng)設(shè)在遠(yuǎn)離城市和沒有人為電磁干擾的地方，儀器室要用非磁性或弱磁性材料建造，并保證一定的溫度、濕度條件。地磁臺分為永久地磁臺和臨時地磁臺兩類。前者可為地磁場及其相關(guān)現(xiàn)象的研究提供長期的、連續(xù)的、可靠的地磁資料，后者是為研究某些特殊課題而專門設(shè)置的。

地磁臺有地磁記錄儀和磁力儀等設(shè)備，有的還有磁暴記錄儀。用地磁記錄儀連續(xù)記錄磁偏角、水平強度和垂直強度隨時間的相對變化，也可以用質(zhì)子旋進分量磁力儀和光泵磁力儀連續(xù)記錄地磁場總強度、水平強度和垂直強度的絕對值隨時間的變化。記錄地磁要素隨時間變化的感光記錄圖稱為磁照圖。在磁照圖上有地磁要素（如磁偏角D、水平強度H和垂直強度Z）的變化曲線,有相應(yīng)的地磁要素的基線，還有表示溫度變化的溫度線和表示時間的時號線（見圖中國北京地磁臺的磁照圖）。用磁力儀進行絕對值觀測是為了確定磁照圖上的基線值，從而確定任何時刻的各地磁要素的數(shù)值。為了校正各個國家地磁臺的儀器差，地磁臺的磁力儀還要定期地同國際標(biāo)準(zhǔn)磁力儀進行比測。磁暴記錄儀與記錄水平強度的地磁記錄儀相同，只是靈敏度較低，為的是使它能記錄到磁暴的全過程。

為了保證提供準(zhǔn)確、完整、連續(xù)的地磁要素變化資料,地磁臺要保證各種儀器處于正常的工作狀態(tài),定時進行觀測，此外還要對取得的記錄進行初步處理。地磁臺的資料處理包括計算各個地磁要素的每小時、每日、每月、每季和每年的平均值，并將整理的數(shù)據(jù)編輯出版。

目前世界上有近200個永久地磁臺。世界上第一個地磁臺是1794年建在蘇門答臘島的馬爾伯勒堡臺，最初是用人工目測，僅有相對記錄。1857年，英國格林威治皇家觀象臺的艾里(G.B.Airy)首先研究成功采用照相方法記錄地磁場的變化，并迅速得到推廣，沿用至今。隨著自動化和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，地磁臺也裝備起一套自動化的數(shù)據(jù)收集、存儲和處理的系統(tǒng)。

中國的地磁臺始建于1870年。20世紀(jì)50年代后，開始在多處設(shè)臺。

地磁場水平強度地磁場水平強度是地球表面某處磁場強度矢量H的水平方向的分量，是地磁三要素之一。在磁極處，H的水平分量為零，在地磁赤道處H的水平分量即H。北京地磁場水平強度比蘭州小。

概念編輯

地磁又稱“地球磁場”或“地磁場”。指地球周圍空間分布的磁場。地球磁場近似于一個位于地球中心的磁偶極子的磁場。它的磁南極(S)大致指向地理北極附近，磁北極(N)大致指向地理南極附近。地表各處地磁場的方向和強度都因地而異。赤道附近磁場最小(約為0.3—0.4奧斯特)，兩極最強(約為0.7奧斯特)。其磁力線分布特點是赤道附近磁場的方向是水平的，兩極附近則與地表垂直。地球表面的磁場受到各種因素的影響而隨時間發(fā)生變化。通常把地球磁場分為兩部分，即來源于地球內(nèi)部的“基本磁場”和來源于地球外部的“變化磁場”。

地磁場水平強度是地球表面某處磁場強度矢量H的水平方向的分量，是地磁三要素之一。在磁極處，H的水平分量為零，在地磁赤道處H的水平分量即H。北京地磁場水平強度比蘭州小。

地磁場的磁場強度在其水平方向的分量，是地磁場的三要素之一。通常用H∥表示。在鉛直方向的分量叫做鉛垂強度，通常用符號H⊥表示。如果某處的地磁場強度為H，則：H∥=Hcosθ，H⊥=Hsinθ，式中θ為該處的磁傾角。[1]

地磁場編輯

地球周圍空間的磁場分為近地面磁場和高空磁場。近地面磁場一般指上地幔到約1000公里以下這部分空間的磁場。如果不加特指，地球的磁場就是描述近地面磁場，而離地面600～1000公里以上往外延伸的高空磁場則被稱為磁層。

偶極磁場——地球的磁場是偶極磁場，主要來源于內(nèi)部(圖1)。根據(jù)1975年測量，地磁南極位于北半球76.°2N，100.°6W，習(xí)慣上稱作北磁極；地磁北極位于南半球65.°8S，139.°4E，習(xí)慣上稱作南磁極。磁軸和地軸相交11.°5，磁極位置的磁場強度約比赤道處的磁場強度高出一倍左右，并且磁極的位置不斷變化。通常用地磁強度表示磁場的強弱，單位是伽瑪(1伽瑪=10奧斯特，定義單位磁極在磁場中受1達(dá)因的磁場力，則磁場強度是1奧斯特)，地球平均地磁強度為50000伽瑪，在太陽系中比起水星、金星、火星的磁場，地球的磁場強很多，但比起其他大行星又弱。地球磁場不穩(wěn)定，有短期變化和長期變化。短期變化有日變化、月變化、季節(jié)變化以及太陽風(fēng)引起的變化，這些變化都與地球在太陽系中的位置和自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運動有關(guān)；長期變化主要表現(xiàn)在磁極的位置不斷改變。根據(jù)地質(zhì)時代巖石的剩余磁性測定，磁極曾發(fā)生過多次倒轉(zhuǎn)。至于倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因，至今還僅停留在“假說”階段，沒有形成完整的理論。

圖1地球的偶極磁場

磁層——由于太陽上發(fā)出持續(xù)不斷的穩(wěn)定粒子流(叫做太陽風(fēng))影響地球磁場，并把地磁場限制在一定的空間，使地球的偶極磁場到了高空中不能無限制地向外擴張，這樣形成的磁場空間就是“磁層”。由于太陽風(fēng)的影響，正對太陽風(fēng)與背對太陽風(fēng)兩面不同，正對太陽風(fēng)一面，磁層達(dá)到10個地球半徑處，當(dāng)太陽活動激烈時，太陽風(fēng)增強，可把磁層邊緣壓到5～7個地球半徑。磁層和太陽風(fēng)前沿 (激波面) 之間的區(qū)域叫“磁鞘”，約3～4個地球半徑。在背向太陽風(fēng)的一面，磁層可以達(dá)到幾百甚至1000個地球半徑，形成圓柱形尾巴。圓柱中間地球赤道中面區(qū)域，由于磁力線互相抵消，成為“中性片”，從中性片到磁層邊緣約22個地球半徑。在磁層邊界處地球磁場強度已減少到幾十伽瑪，磁層以外將不屬于地球磁場而成為行星際空間磁場了 (圖2)。

圖2 地球的磁層和輻射帶

輻射帶——地磁場在磁層范圍內(nèi)俘獲太陽風(fēng)的帶電粒子，形成兩個“地球輻射帶”，又叫“范·艾倫輻射帶”，位于中、低磁場緯度的上空。內(nèi)輻射帶在赤道平面距地面約1～2地球半徑，主要在地磁低緯40°以內(nèi)，外輻射帶在赤道平面距地面3～4地球半徑處，可以延伸到地磁緯度50°～70°的區(qū)域，這兩個輻射帶沒有明顯的界限，常隨太陽活動而變化其范圍。兩個輻射帶主要是由地球磁場俘獲太陽風(fēng)的質(zhì)子和電子組成，但能量很強。內(nèi)輻射帶主要由高能質(zhì)子其次是中、低能的電子組成; 外輻射帶主要是高能電子其次是低能質(zhì)子組成。兩個輻射帶套在地球周圍，對人類活動起保護作用，阻擋太陽風(fēng)，使人們不致受宇宙線的轟擊，使地球上生物得以生存。由于極區(qū)沒有這種保護，極區(qū)飛行要特別防止高能粒子的轟擊，因而有必要作太陽活動預(yù)報以掌握高能粒子襲擊的規(guī)律和強度范圍，并保證安全。

磁場強度編輯

表示磁場的大小和方向的量。空間某一點的磁場強度可由作用在已知強度的磁極上的力或已知電流導(dǎo)線上的力來度量。對于已知形狀的通電流的導(dǎo)線在空間某點的磁場強度可以計算出 來。例如對于一直徑為D(單位為m)的單匝環(huán)形線圈，當(dāng)通以電流i(單位為A)時，在線圈中心點的磁場大小H= i/D。若D=1m，i=1A，則H= 1A/m，方向由右手螺旋法則確定。磁場強度的單位 為A/m。

由于磁場是電流或運動 電荷引起的，磁介質(zhì)在磁場中發(fā)生磁化對磁場也有影響，故磁場強度有兩種表示方法： 在充滿均勻磁介質(zhì)的條件下，包括磁介質(zhì)因磁化產(chǎn)生的磁場在 內(nèi)，用磁感應(yīng)強度B表示；單純由電流或運動電荷 引起的磁場用磁場強度H表示，B與H均是矢量，其方向即為磁場的方向。磁感應(yīng)強度取決于電流或運動電荷在磁場中所受的力，其電磁單位為高斯 (Gs)，國際單位制為韋伯/米(Wb/m)；磁場強度取決于產(chǎn)生磁場的電流強度，電磁單位為奧斯特(Oe)，國際單位制為安培/米(A/m)。在各向同性的 磁介質(zhì)中，B與H的比值即為介質(zhì)的磁導(dǎo)率。[2]

磁傾角編輯

地球表面任何一點的地磁場總強度矢量與水平面之間的夾角，常用符號θ表示。早在公元11世紀(jì)以前，我國古代人們在研制指南魚時，就發(fā)現(xiàn)了地磁傾角的存在。

利用特定的儀器，可以測出各地的磁傾角。這種儀器把磁針安裝在一個水平軸上，水平軸通過磁針的重心。把磁針放在磁子午面上，它要在地磁場作用下，在豎直平面上轉(zhuǎn)動，量出磁針靜止時與水平面的夾角，就是磁傾角。在地磁極處，磁傾角為90°1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)