地球磁场及翻转对应方案

地球磁场及翻转对应方案———理学院四班彭渤地球磁场起源从公元1600年前后开始,最早见于威廉.吉尔伯特的论磁体各派学说众说纷纭发动机学说的影响最大——爱因斯坦归为物理学领域尚未解决的五个重大难题之一地球磁场起源说一览表提出时间名称主要思想理论缺陷约十七世纪永磁体学说地球内部存在巨大的永磁体，由永磁体产生地球磁场地球内部温度很高，不可能存在永磁体内部电流学说地球内部存在巨大的电流，形成巨大电磁体产生地球磁场未观测到这种巨大电流，而且巨大电流也会很快衰减，不会长期存在1900年电荷旋转学说地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷，由地球自转而形成闭合电流，由此电流产生磁场缺乏理论和实验基础1929年压电效应学说物质在超高压力下使物质中的电荷分离，电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场理论计算出这样的磁场仅有实际球地磁场的约10-31933年旋磁效应学说地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场这种旋磁效应产生的磁场只有实际地球磁场的大约10-111939年温差电效应学说地球内部的放射性物质产生的热量，使熔融物质发生连续的不均匀对流，这样产生温差电动势和电流，由此电流产生地球磁场理论估计同样与地球磁场不符合1946—1947年发电机学说地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流，由这电流产生地球磁场1947年旋转体效应学说根据少数天体观测得到的经验规律，认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩，因而产生磁场需要使用一并无科学根据的常数，5年后又被提出者根据精密的实验结果加以否定1950年磁力线扭结学说在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转，会使原始微弱的地球磁场放大，由此产生地球磁场1954年霍尔效应学说在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下，会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流，由此产生地球磁场1956年电磁感应学说由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后，会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流，由此产生地球磁场地球磁场对宇宙射线的屏蔽与磁极翻转地球磁场最大的作用是形成一道屏障，把宇宙射线集中到地球的南北两个磁极。太阳风在离地球大约64000公里以外，也就是10倍于地球半径的地方，以每秒数百公里的速度飞向地球，不断冲击着地球外围环境，当粒子流进入地球附近时，一部分会由于受洛仑兹力作用绕过地球，剩下的会被类似磁镜的地磁系统俘获（通常在５至１０个地球半径外的距离就被拦截到）。所以实际上到达地球的带电粒子只剩下很少的一部分。过去的7500万年中，地球磁场的方向至少翻转过170次，平均每隔45万年翻转一次。而许多学者甚至认为，地球磁极翻转的周期为为25万年。最近的75万年里（也有的说是100万年），地球磁场一直没有反转过。丹麦行星科学中心研究人员发现：地球南北极上空磁场正在出现裂缝，或者说出现破洞，他们据此认为地球磁极将在近期内不可避免地发生位移。最终南北极换位。德国波茨坦地球物理所科学家进行更深入的观察，得到类似的结论。地磁极发生翻转时，地磁极极有可能出现暂时消失的情形。对应方案在“射向”地球的宇宙射线中，太阳辐射粒子流（太阳风）占主要成分，而太阳风主要成分为氢原子核（质子），在地球轨道上，太阳风速度约为500公里/秒。故可用速度5ⅹ10^5m/s的质子流代表宇宙射线。应对方案一：电磁铁群地球上沿经线布置一组电磁铁，构成人造磁场，有点象一个手榴弹，圆形弹体代表地球，弹体上的方块代表电磁铁，N极向下，S极向上，彼此相吸。产生人工磁场保护地球替天而为——计算分析：以其中一段经线上的两个磁极为例为例用两个载流线圈代表电磁铁，设电流I，彼此距离2d，线圈半径R.为简化问题，以投影到连线中心的P点为研究点，考虑P点的x轴磁感应分量（只有这个方向的分量对入射粒子有拦截作用）022321cossin2cos2cosRrRrdrIRB12BB设初始条件为：设通过线圈的电流为1000安，线圈半径1000米，两线圈相隔2000米，p点距地球十公里处，即I=1000A,r=1000m,h=rtan=10000m，此时rR,故可简化式子：cossin2332rIRB对速度为500km/s的质子，产生偏转加速度：TB111089.1eemvBqmFasma21005.9可以用加铁心，增加线圈匝数的办法来增加它的磁场，但是作用非常有限的。目前有用利超导体制作的电磁铁，能够产生几十t的磁感应强度，但这样的电磁铁，第一：规模不大。第二：在地表附近产生如此巨大的磁场，势必严重影响到人类生活。方案一失败。cossin2332rIRB方案二：超导线圈构造磁偶极子模拟地球磁场对粒子有“拦截”作用的磁场，规模必须足够大如果让地球南北两极“戴上”一个巨大的超导体线圈，就可以构成一个类磁偶极子的磁场，来模拟地磁场。——《日地空间物理》248页超导环的位置。电磁系统产生的磁场已很接近地磁场，能起类似地磁场的作用，只要这个系统产生和地球同样的磁距，目的就达到了。mRro61073.115sin电流强度是异常大的，应该考虑使用超导体及多匝线圈的办法，如：用10000匝线圈，则电流强度应3.410^4A这个方案成功与否，关键取决于超导工业的发展。超导环半径的大小：国外最新的超导材料已经达到长1000-2000米、电流密度在10000-15000安培／平方厘米以上的水平电流大小：pIr22315100.8mTpAI8104.3偷懒的想法。1850年，爆发的太阳风暴：美国与欧洲的通信线路同时短路，因此引发了大量的火灾电流可调，但最大值至少要与上面计算相等方案三月球——分子模型月球以一定速度绕地球旋转，这很像一个分子电流模型，我们设想给月球加上一定电荷，那它绕地球转动就可以产生一个磁场，把地球“罩”在这个磁场保护之内。目的：让射向地球的宇宙射线（主要是太阳风）受洛仑兹力作用偏转开去,,避开地球。设粒子在这时入射到离地球10倍半径的地方，在它飞到地球表面的这段时间内，受洛仑兹力作用偏转，最后擦着地球边缘横向飞出。作用时间：要在这段时间内横向偏转一个地球半径：要求作用在质子垂直飞行方向的B为在a点，月球产生的磁感应强度：b点月球带电量为Q，则月球产生的电流元为：Idl=Qv2)60(4rQvB当月球运行到地球背面时，在地球迎太阳一面产生磁场最弱，为svrte4.13310smarsat750212TvqmaBee111056.12)60(4rQvB2)70(4rQvBab以b点计算:则需要给月球加上：3.3410^10C的电荷,那么即使是最坏的情况下，太阳风粒子也不能达到地球其他影响：这些电荷在地球产生磁场为：电荷是守恒的，对月球加上电荷，意味着给另一物体加上电性相反的等量电荷，而看来这些电荷只能加到地球上去。在这种情况下，两者之间库仑力为：万有引力：1.810^20N库仑力为万有引力的：0.310^-6可行性问题TrQvB1121056.1)70(4cosCQ101034.3TB11101.2NrkQF13221071.6)60(谢谢观赏感谢叶邦角老师的指导感谢各位老师的斧正