[科普中國]-地磁總強(qiáng)度

地磁總強(qiáng)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(shí)間變化的機(jī)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(shí)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(qiáng)度和垂直強(qiáng)度隨時(shí)間的相對變化，也可以用質(zhì)子旋進(jìn)分量磁力儀和光泵磁力儀連續(xù)記錄地磁場總強(qiáng)度、水平強(qiáng)度和垂直強(qiáng)度的絕對值隨時(shí)間的變化。記錄地磁要素隨時(shí)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(qiáng)度H和垂直強(qiáng)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(shí)間的時(shí)號線（見圖中國北京地磁臺的磁照圖）。用磁力儀進(jìn)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(shí)刻的各地磁要素的數(shù)值。為了校正各個(gè)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(jìn)行比測。磁暴記錄儀與記錄水平強(qiáng)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(shí)進(jìn)行觀測，此外還要對取得的記錄進(jìn)行初步處理。地磁臺的資料處理包括計(jì)算各個(gè)地磁要素的每小時(shí)、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(gè)永久地磁臺。世界上第一個(gè)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(qiáng)度地磁場水平強(qiáng)度是地球表面某處磁場強(qiáng)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(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)(約為0.7奧斯特)。其磁力線分布特點(diǎn)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(shí)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(qiáng)度是地球表面某處磁場強(qiáng)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(qiáng)度比蘭州小。

地磁場的磁場強(qiáng)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(qiáng)度，通常用符號H⊥表示。如果某處的地磁場強(qiáng)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(qiáng)度約比赤道處的磁場強(qiáng)度高出一倍左右，并且磁極的位置不斷變化。通常用地磁強(qiáng)度表示磁場的強(qiáng)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(qiáng)度是1奧斯特)，地球平均地磁強(qiáng)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(qiáng)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(yùn)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(shí)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(kuò)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(gè)地球半徑處，當(dāng)太陽活動激烈時(shí)，太陽風(fēng)增強(qiáng)，可把磁層邊緣壓到5～7個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)地球半徑。在磁層邊界處地球磁場強(qiáng)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(gè)“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(gè)輻射帶沒有明顯的界限，常隨太陽活動而變化其范圍。兩個(gè)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(qiáng)。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(gè)輻射帶套在地球周圍，對人類活動起保護(hù)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(hù)，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(bào)以掌握高能粒子襲擊的規(guī)律和強(qiáng)度范圍，并保證安全。

磁場強(qiáng)度編輯

表示磁場的大小和方向的量?？臻g某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度可由作用在已知強(qiáng)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(diǎn)的磁場強(qiáng)度可以計(jì)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(shí)，在線圈中心點(diǎn)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(qiáng)度的單位 為A/m。

由于磁場是電流或運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)度B表示；單純由電流或運(yùn)動電荷 引起的磁場用磁場強(qiáng)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(qiáng)度取決于電流或運(yùn)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(qiáng)度取決于產(chǎn)生磁場的電流強(qiáng)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(diǎn)的地磁場總強(qiáng)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(shí)，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(gè)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(shí)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(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)