地磁的形成（修订稿）

吴　　志

  

提要：地球磁场是如何形成的？至今依然是个谜，虽然有众多理论作了解释，但没有一种理论能自圆其说，主要是人类仍弄不清磁究竟是什么。看看教科书对磁的解释，云里雾中，莫名其妙，不知所云，因为写书人根本就没弄明白。面对一种不可捉摸的虚无事物，那就很难找到它的成因了。《生命是什么？》对磁进行了解释，破解了磁石、磁铁、电磁铁和地磁的奥秘，包括正磁极、负磁极与磁力线等，这是人类首次揭开磁的神秘面纱。本文还把磁与电统一起来了，从磁的角度解释了电阻、电压与电流，还解释了闪电的本质和发生机制。本文主要探索地磁，包括形成、变化等。此文根据《生命是什么？》中的内容改写，这是第八稿，补全了相关实验。

要解释地磁得首先解释磁。磁石、磁铁、电磁铁和地磁都是本质相同的东西，在本质上磁是电荷云集，电子、质子、正离子、负离子云集都会形成磁极，正电荷形成正磁极，负电荷形成负磁极。磁的最大特点是有吸力与斥力，吸力与斥力来自电荷的吸力与斥力。按本书的理论，当一种粒子发出的辐射被另一种粒子吸收，在两者中形成吸力；当一种粒子发出的辐射被另一种粒子反射，在两者中形成斥力（注一）。

这是宇宙中所有力的本质。几乎所有粒子，都发出辐射、吸收辐射和反射辐射，吸收与反射往往是同时存在的。最常见的是质子发出的辐射被电子吸收，在质子与电子间形成吸力。而质子与质子之间，电子与电子之间，相互反射彼此辐射，形成斥力。当电子绕质子运动时，电子能把从身旁掠过的质子辐射吸过来，即能导致质子辐射弯曲，这样质子“漏射”出去的辐射就很少了，对外部的吸力与斥力也就很微弱了，但还是有微弱存在，这正是分子形成的基础，也是万物形成的基础。我们把“漏射”的辐射称为剩余辐射。不过，总体上剩余辐射可以忽略不计，不妨概略上视为没有吸力与斥力，或说是没有磁性的。

一块铁是没有磁性的，烧红后铁中的一些原子就被电离了，电子被地磁阳极吸引跑到一端，正离子被地磁阴极吸引跑到另一端，用冷水浇铁块，铁块两端电子与正离子的位置就被固定了，铁块中部电子与正离子的接触面，电子与正离子重组为原子，中间的原子带就把两端的电子与正离子隔离了，铁就变成了磁铁，这是磁化的一个途径。另一个途径是铁被磁体吸过后发生的磁化，电子被吸到了铁的一端，正离子被推到了铁的另一端，或电子被推到了铁的一端，正离子被吸到了铁的另一端，磁体抽走后中间形成原子隔离带，铁就变成磁铁了，这就是铁的磁化（如图）。

磁铁的一端是正离子另一端是电子，或说一端是正离子另一端是负离子，其本质是一端多出了一些电子，另一端多出了一些质子。因此可以把一极视为电子极，另一极视为质子极，电子极为负极，质子极为正极。这样，在磁铁的两极，能量场就得到了放大，质子极对外辐射增大，电子极吸收辐射更多。当铁块靠近磁铁质子极时，铁中的电子被吸了过来，有的电子挣脱了原子核的束缚，奔向了靠近磁铁的一端，有的电子带动原子核向磁铁方向运动，电子越靠近磁铁趋向性越强，最终推动铁块与磁铁结合，铁块向磁铁靠拢的过程，也是加速的过程；当铁块靠近磁铁的电子极时，铁中的电子被斥离，裸露出一些质子，辐射放大，对磁铁的电子产生更大的吸力，同样推动铁块与磁铁结合。

由此可见，磁吸铁是电离铁的过程，也是磁化铁的过程，所以铁被吸过后就带磁了。之所以带磁，是因为电子不能顺利归位，中间被原子带分隔。当然，因材料不同而有所不同，有些材料电子暂时不能归位，有些材料电子不能全部归位。许多被磁吸过的铁，时间长了，电子又慢慢回到正离子的怀抱，磁性又慢慢消失。磁石不仅能吸铁，也能吸钴、镍，主要原因是这三种物质的电子容易被磁石电离。

磁之所以能在铁中产生，是因为铁元素原子结构不紧密，外围电子容易被推开或被抢夺，铁容易氧化生锈证明铁原子结合不紧密，连大气中的氧都能与铁原子发生化学反应。同样道理，磁铁能吸铁，也是因为铁容易被磁铁电离。在元素周期表中与铁相邻的镍与钴也能够成为磁体和被磁体吸引。一块石头中的质子也能吸引周围物体的电子，只是磁性不大罢了，不过这种微弱磁性，正是万物聚拢的原因所在，人类通常称为万有引力。其实，万有引力只是质子剩余辐射带来的剩余引力。这种力相对于质子与电子之间的引力，是极其弱小的。

磁石显然是离子体，是一种极其容易被电离的矿物，外围轨道的电子不稳定，很容易被电离，也就是说，外围电子很容易跑到一端，形成一端是正离子另一端是负离子的离子体。在生成过程中，可能是被地磁电离的，也可能是被高温电离的，还可能是小天体撞击地球时被电离的。形成后似乎永远保持这种电离状态，即外围电子向另一端云集的状态。

所有磁体中间都是不带磁的，也就是没有吸力的，因为中间是原子分隔带，实际上这就是电阻带，阻止电子自由流动。如果两端的多余电子与多余质子不断增加，在两端之间形成的巨大引力，就会把电阻带击穿，电子重新归位组成原子，离子体消失，磁性也消失。两端电荷云集数量的多少就是电压的高低。可见，电流、电阻、电压都可以在磁体中获得解释，实际上电与磁是一回事，是一个本质的两种表象。

磁体一端的电子会被另一端的质子吸引，但不是通过内部而是通过外部，质子发出的引力辐射，无法通过内部的电阻带，但能在空中形成弯曲弧线，到达另一端被电子吸收，这就是磁力线。磁力线形成牵引力，牢牢把电子与质子固定在磁石两端，就像两端有无形的力往外拉电子与质子，这种作用在磁极的力称为磁应力，这是磁体能长期保持磁性的重要原因，磁力越强拉力越大，越能长久保持磁性。磁石是这样，磁铁是这样，地磁也是这样。这说明引力辐射是可以弯曲的，也说明质子辐射就是引力辐射。当然引力辐射不唯质子辐射，所有辐射都可以构成引力辐射，只要有物质接收就形成引力辐射。

     正负电荷牵拉形成磁应力

当把一条磁石掰成两半时，断处会由原子体变成离子体。因为空中的磁力线依然存在，只是发生扭曲变形而已，这意味着磁应力依然存在。在被掰断的半块磁体中，质子端在自身吸力和磁应力的共同牵引下，把原子端外围电子从内部吸过来，重新形成一块小磁石，一端带正离子，另一端带负离子；在另半块磁石中，电子端在磁应力的牵引下，把原子端外围电子从内部吸过来了，另半块磁石的电子极也助推一把，这样也重新形成一块小磁石，一端带正离子，另一端带负离子，中间形成新的原子分隔带，只是吸力小了，因为正负离子都少了。

值得指出的是，电子在磁体内部流动，是一种接力运动，某个原子丢失一个电子，就会把相邻原子外围的电子抢夺过来，依此类推，依次发生，就像多米诺骨牌一样，从一端传递到另一端，这就是电流了。前提是有电压存在，电压也就是磁应力了。导线中的电流也是这么流动的，电子是依次跳跃或依次接力传递的，而不是像人们认为的那样一个个电子从导线的一端流到另一端。

从上文可知，磁铁是电荷云集在两端形成的，而不是让人莫名其妙的磁矩形成的。制造磁铁最重要的一道工序，就是用强磁作用于没带磁的铁合金，或用强电场作用于没带磁的铁合金，两种方式起到同样作用：电离铁，把电子赶到一端，把正离子赶到另一端。这样一块永久磁铁就制成了。这足以说明磁是电荷云集在铁合金的两端，看不出与磁矩有什么关系。

同磁石一样，地磁的本质是电荷云集，一极云集电子，一极云集质子，构成了偶极磁场（注二），地球中部也就是原子分隔带了，形成了一个大磁石。磁场也有单极的，太阳和地球表面都有局部性单极磁场，只是太阳上的单极磁场变化很快。探险时进入深山老林，突然迷失方向走不出来了，那是遇到了单极磁场或大铁矿，指南针指向那个方向了。地球南北磁极，分开来看也是单极磁场。

凭什么说地磁是电荷云集？地球磁场能俘获太阳风中的带电粒子，即能俘获电子、质子和离子，在地球外围形成了一个磁层，就像地球外围包裹着的另一层大气。磁层中的带电粒子，会被地球两极吸引，沿着地球磁力线沉降到地球两极，这足以表明地球两极云集了不同电荷。迹象表明，南极是磁阴极，云集了较多电子；北极是磁阳极，云集了较多质子。

这么说是要有证据的。证据需要到磁极去找，若能在南磁极找到更多的电子，说明南磁极电子云集；若能在北磁极找到更多质子，说明北磁极质子云集。当然，多余电子与多余质子，是以正负离子的形式存在的。这么做工程量太大，也很难到达那里，磁极在冰冷的海洋中，现有仪器不一定能测出海水中的电荷来。到海底抓一把海泥上来研究，只有海龙号能做到。因此，可以通过更便捷、更科学的方法，我们可以在家里找到所需答案。指南针也是偶极磁场，一极云集电子，一极云集质子，电子极指向北磁极，质子极指向南磁极，只要我们能证明指南针为不同电荷云集，也就证明了地磁是不同电荷云集，因为两者没有本质区别，而且磁极刚好相反，这样才会异性相吸。

让我们先做一个简单的电磁铁，从做电磁铁的过程中分析电磁铁的原理，材料是铁棒、导线和电池，铁棒里的成分是铁，铁里有铁原子。当导线缠绕铁棒并通电后，铁棒怎么就变成磁铁了呢？接通电源后导线中的电子在螺旋状的线圈中流动，电子在绕圈过程中不断把铁棒外围电子挤往另一端，从而在铁棒一端形成电子极，另一端形成质子极，这就是电磁铁的本质和形成原理。虽然线圈只在铁棒中段，但能把一端外围电子都吸过来并挤到另一端，因为被挤掉电子的正离子会把相邻原子的电子抢夺过来。电流越强磁性越强，增加电流的方法是增加电压和加粗导线（减少电阻），增加线圈也能增加磁性，因为挤压铁棒电子的力量更强了。断电后电子归位，磁性消失。

电子是从电池的负极流向正极的，这意味着铁棒接电池正极一端云集电子。当把这端靠近指南针北端时，指针被斥离，说明指南针北端云集电子（实验一）；当把这端靠近指南针南端，指针被吸引，说明指南针南端云集质子（实验二）。这个实验获得了一个效应，即指南针偏转效应，这证明了磁是电荷云集，包括磁石、磁铁、电磁铁和地磁等。

由于指南针的极性刚好与地磁相反，云集电子的北端指向了云集质子的北磁极，云集质子的南端指向了云集电子的南磁极。这就证明了南北磁极是电荷云集，不然指南针也不会平白无故指向那里。

上述实验足以说明一切，解释一切，过去不清楚的东西都解释清楚了，过去不明白的东西都解释明白了。但对于一些爱挑剔的学者来说，这个实验还是可以挑剔的，也许会有人问：“电磁铁也是磁体，磁体对磁体当然能引起指南针偏转，不意味着一定是电荷在发挥作用。”问得好，我们可以把电磁铁的铁棒拿掉，这样通电的螺旋线圈就不是电磁铁了，导线只是铜线，不能构成磁体。通电后线圈依然有电子作螺旋运动，在线圈接电池正极的一端，云集了大量电子，也可以在整体上把线圈视为一条粗导线，导线内有大量电子从始端流向末端，末端对指南针的北端形成斥力，对指南针的南端形成吸力。可见，有铁棒和无铁棒，实验结果都是一样的，这个实验足以说明一切（实验三、实验四）。

线圈里只有电子流动，电子只能被电子斥离，电子只能被质子吸引，而不可能是其他东西，这表明指南针两端云集电子与质子，也表明地磁两极云集电子与质子。这样磁就由虚变实了，由虚无飘渺的东西变成实实在在的东西了。

这四个实验表明： ①磁是电荷云集，不同的电荷形成不同的磁极。②由于指南针磁极与地磁相反，表明南磁极是电子极，磁阴极，云集了大量电子（或以负离子形式存在）；北磁极是质子极，磁阳极，云集了大量质子（或以正离子形式存在）。③磁场就是电场，电场就是磁场。当磁场强度大到一定程度，只要接通正负极，就会有电流产生。在这里算是理论预测。

实际上，说磁场就是电场也有事例支持： ①地球磁场就是地球电场。把交流电的火线接地，电流就会向地球正磁极流去，也就是向北磁极流去。当然也可能向附近的单极磁场流去，即向附近云集质子之处流去。 ②地空磁场就是地空电场。空中与地面同时云集有不同电荷，经常在天地间形成强大的偶极磁场，当下暴雨时就把磁场两极接通了，于是电子流冲向质子云，形成了电流通路，两者结合时形成闪电和打雷，这足以说明一切。按照这个原理，电也可以用不同方式来制造，可以用磁石来制造，可以用电磁铁来制造，可以用地球表面存在的电荷来制造，还可以利用太阳风中的正负电荷来制造——这是巨大的能量来源，也是最为清洁的新能源。

以前有科学家想捕捉天上的雷电，弄清雷电的原理后，在地表也可以捕捉了，捕捉住地面大量自由电子就获得电流。地表大量的自由电子，可能是地表空气或地面物质被夏日炽热的太阳电离的，突然来暴雨，这些堆积的自由电子就有机会冲到空中与质子结合，质子分布的高度比较低。

雷电的生成物可能是氢，闪电可能是氢燃烧，也可能是电子与质子激烈结合时，迸发出来的光辐射，雷声则是空气受热膨胀形成的冲击波发出的声音。如果缓慢控制，则可实现氢的制备，解决人类清洁能源的问题。每个人都可以制造“闪电”，把交流电的正负极接通，立即发生短路，会跳出一团火，并发出“噗”的一声，这就是小型闪电，与天上的雷电没有本质区别，只是规模小些而已。把电池的正负极接通，也能跳出微小火花。作者在做实验三和实验四时，实际上就是把电池正负极接通，接触不良时两极会跳出火花，每次接通后电池两极都会迅速发热，其中一次还在正极处把中指烧熟了一小块，白了近一厘米长，说明电流还是很强大的。这就是电流的采集了，闪电的采集原理一样，要在闪电发生之前把电流采到。

既然我们弄清磁是怎么回事了，那么地磁又是怎么形成的呢？地磁主要是太阳制造的，地球大气、地球自转、两极物质的不同，也参与制造地磁。地磁的形成是多种因素共同作用的结果，若只抓主要成因，把地磁的产生可以简单解释为：①太阳风吹来的带电粒子落入地球后分布不均匀，落到中低纬度的带电粒子，在地球自转的“搅拌”作用下，分布比较均匀。②落到极圈的带电粒子，没有地球自转搅拌，分布是随机的，不可能均匀。一极半年有日照，太阳风直接冲着这一极吹来，落入的带电粒子较多；另一极半年无日照，太阳风不直接吹到这一极，落入的带电粒子较少。虽然半年后日照轮换，但受太阳活动强度的影响，两极落下的带电粒子是不同的。③落入地球的带电子会向近处的质子或正离子流去，组成原子和分子，不过距离越远电阻越大，分布的异性电荷就越多，这就形成南北两个磁极。

当两个磁极不断累积正负电荷时，等于电压升高，达到一定程度，电子极的电子就会击穿电阻，向质子极流去，流出一部分后电压降低，电压与电阻重新取得平衡，维持一定的磁场强度。这应是地球形成偶极磁场的主要原因。下文再对地磁的成因，进行一些深入详细的探讨。

可以肯定，地球诞生时是没有磁极的，地球慢慢长大之后，在内力和外力的共同作用下，形成了自转，在赤道及两侧接受太阳辐射最多，温度最高，对外辐射最强，也就是赤道带原子核辐射最强，对太阳风中的电子具有较强吸引力。

在赤道及两侧接受的太阳风也最多。按理，太阳风中的电子和质子等带电粒子，应从赤道一带落下来，结合成分子。不过，电子没那么容易落下来。电子被地球原子核辐射吸引，有趋向原子核辐射的欲望，但地球是高速旋转的，原子核辐射不断被甩出去，形成了一个旋涡能量场。电子追逐的是原子核辐射，不断向地球切线方向扑去，不断扑空，于是就围绕着地球转了。电子在赤道上方堆积越来越多，在斥力作用下一些电子被赶往地球两极。

那么太阳风中的质子能不能从赤道落下来呢？也很难落下来，因为赤道上方地球原子核辐射最强，这个旋涡能量场对质子有斥力，是正电对正电，这样太阳风中的质子也被赶往地球两极。当然，也有一些击中赤道上方绕地球运动的电子结合成分子，但只是部分不是全部，也有可能质子还没靠近地球就被赶往两极了。

这样，太阳风中的电子和质子都是被赶往地球两极的。但它们往哪个方向去是有选择的，电子想去之处就是质子想躲之处，质子想去之处就是电子想躲之处，因为电性相反。我们先分析电子的落脚点，知道电子的落脚点后，质子的落脚点就不言而喻了。

电子会寻找两极温度最高的区域落脚，因为那里原子核辐射最强，对电子的引力最大，找到了高温极就找到了电子极，可以分析一下北极圈与南极圈的温度。从已知情况来看，北极圈温度高于南极圈，大概高20度左右，这样电子就倾向于落在北极圈了。为什么北极圈温度更高呢？

1.海拔高度不同。北极圈基本是海洋，平均海拔高度为零。南极圈陆地平均海拔高度2350米，属高原地区，是海拔最高的洲，这样温差就很大了。

2.地表材料不同。海水更容易吸收来自太阳的热量，陆地会把一部分阳光反射回太空，热量吸收率没有海洋高。而且海水是流动的，洋流运动会把海水温度搅均匀，虽然做不到绝对均匀，但有这个趋势，使海洋水温保持在零度以上。陆地就没有这种功能，其他大陆的温度传递不到南极洲，海洋的温度也很难传递到南极洲，你该多冷就是多冷。

3.地表覆盖不同。北冰洋浮冰多为3-4米厚，许多浮冰有间距，南极洲冰层平均厚度达1880米，几乎整个南极就是一块又大又厚的大冰盖，这样北极圈与南极圈温度就不同了。另外，北冰洋与南极洲面积相当，但北冰洋只有三分之二面积有浮冰，南极洲大陆基本是冰封的，这样北极圈与南极圈温度也不同了。

4.大气厚度不同。由于北冰洋是零海拔地区，大气更厚更浓，吸收太阳辐射和热量更多（原理见《重力的形成》）；南极洲是高海拔地区，大气更薄更稀，吸收太阳辐射和热量较少。

5.阳光照射不同。北极与南极都有长达半年的极昼极夜，但时间长度不一样，北极的极昼比南极长四五天，接受太阳照射多四五天，这样温度就不一样了。

由于上述种种原因，造成北极圈温度高于南极圈，南极测得最低温度是89.2度，北极最低温度大概比南极高20度，这表明北极圈与南极圈温度大不相同。在温度更高的北极圈，原子能量足，活性大，原子核辐射强，对太阳风吹来的电子有较强的吸引力。这样太阳风中的电子大部分就从北极圈沉降下来了。当然，不会从地理极沉降下来，而是选择北极圈辐射最强的地区沉降，所以就有了地理极与磁极的偏差。

那么太阳风中的质子呢？当然是选择南极圈沉降。因为南极圈温度低，原子能量少，活性低，原子核辐射弱，对质子斥力不大，而原子外围的电子，则处于吃不饱的状态，空中有大量携带太阳能的质子飞来，不断向地球释放辐射，双方产生强烈的吸引力，这就把质子吸下来了。

从两极沉降下来的电子和质子，会从地面寻找一些异性电荷配对，但没有那么多异性，这就多余出来了，于是形成了两个不同的磁极。电子和质子不断从两极沉降下来，电荷堆积越来越多，磁场越来越强，到一定程度就对太空中的同性电荷产生斥力，电子不能落到北极圈，质子不能落到南极圈，只能落到对面的磁极，这意味着磁极发生逆转。

裸露电荷是非常强的电荷，无论是电子、质子或离子，可能比束缚电荷强百倍、千倍或万倍。磁铁两极就是裸露电荷，所以“叭”的一声就把铁吸过来了。而两块铁相碰几乎感觉不到彼此的引力，按理每块铁中的原子核也有剩余辐射，也能吸引相邻铁块的电子，由于是“剩余”辐射，微弱得几乎可以忽略不计。所以，两极堆积的电荷力量是很强大的，足以扭转两极对空中电荷的引力与斥力，导致磁极逆转。当然，电荷需要堆积到临界点，才能对空中电荷产生斥力作用。

北极圈的电子堆积到临界点，空中的电子过不来了，只好向南半球移动，沉降在南极区温度较高的地域，堆积得比较多后，空中电子沉降就受影响了，会在附近找落脚点，这就形成了磁极飘移。况且，南北磁极都在海中，电荷在海水中也会随水飘荡，目前大概每年飘移10公里左右。哪里云集电荷最多，哪里就是磁极。

地球曾经多次发生磁极逆转，据研究每二十万年逆转一次，需要4000-5000年才能完成逆转。因而现在太阳风中的电子不是落在温度较高的北极圈，而是落在温度较低的南极圈，主要是受两极电荷堆积的影响。也就是说，南极堆积的电子更多，是电子极；北极堆积的质子更多，是质子极。由于距离较远，异性较少，这些电荷下来后，也没那么容易找到异性结合成原子。除非局部堆积较多，近处异性电荷也堆积较多，电压大到一定程度，电子就向质子扑过去，形成地下电流或海中电流。

电子从南极圈下来，也是选择温度较高的地区沉降，主要降落地点（南磁极）居然在南极大陆之外的海洋，这里离南极点3000多公里，而且南磁极每年以10公里的速度向北飘移。北磁极离北极点近些，1600多公里，每年向北飘移7.8公里。电荷在哪里沉降，与两极的原子核辐射有关，与两极堆积的电荷有关，还与具体位置的辐射与电荷有关。

两个磁极强度是不断变化的，由弱到强，由强到弱，然后逆转，在过渡期有一个几乎无磁极的阶段，这对地球生物来说就是灾难了。失去地球磁场保护的地球，太阳辐射和宇宙射线长驱直入，消灭许多微生物、植物和动物，出现生物灭绝。若叠加其他因素，就会出现生物大灭绝。现在地磁正在弱化，在150年间弱化了10%，加上人类活动的影响，现在也是处于生物大灭绝时期，比任何一次生物大灭绝更严重，在一两百年的短暂时间就能看到大量生物灭绝，这在地球历史上是从来没有过的。

现在谈一下电量的问题。现代科学认为，质子带电正电，电子带负电，正负电量是相等的，一正一负抵销为零。从辐射力学的角度，正电与负电不相等，质子发出的引力辐射多，电子吸收的引力辐射少，因此会有剩余引力辐射释放出去，这是原子、分子得以形成的基础，也是地球、月球等冷天体具有引力的前提。

从磁铁来看，磁铁吸铁在不同磁极是不同的。在正离子极，是直接把铁原子外围的电子抢夺过来，但铁原子核不肯松手，这就把铁块吸过来了，或多或少有些电子被抢夺过去，这就是铁的磁化，于是铁也变成了磁铁，当然是短暂的，因为可以从周围捕获自由电子修复自己。在电子极，是先磁化铁再吸铁，电子极靠近铁，把铁原子外围电子推开，让正离子裸露出来，这就是磁化，然后再把正离子连同铁吸过来。简单来说，正离子极先吸铁再磁化铁，电子极先磁化铁再吸铁。

在静电场中，所谓电量也就是辐射发射与吸收的强度。质子发出的辐射被电子全部吸收意味着两者电量相等，但质子与电子组成原子后，仍有剩余辐射释出，这说明两者电量不相等。上文对正负磁极形成磁力的分析，也说明两者产生磁力的原理不是完全一致的，这意味着两者的电量不完全相等。拿一把螺丝刀靠近指南针，被指南针吸过后就磁化了，把螺丝刀靠近指南针北端，指南针北端被斥离；把螺丝刀靠近指南针南端，指南针南端被吸引。然而，指南针被斥离得不多，被吸引得较多，这说明质子极与电子极磁力有差异，质子极磁力大于电子极磁力，也就是质子电量大于电子的电量（实验五、实验六）。质子的质量是电子的1836.5倍，电量也应该比电子大，虽然现有理论认为是相等的。

地球磁场的形成，还有一些因素发挥了重要作用，是各种因素共同把地磁制造出来的。

一是地球电离层参与地磁的制造。地球高空大气分子和原子，在太阳紫外线、Χ射线和高能粒子的作用下被电离，产生电子和离子，形成电离层。一般认为，电离层是均匀分布在整个大气层的，实际上不可能均匀。地球受太阳辐射最多的是地球赤道，这样，赤道上空及附近的大气被电离就更多一些，越向两极越为稀薄。有研究发现在地球磁赤道左右约±20度之间，形成一个电离度高的区域。

电离层高度在70公里以上区间，随着大气稀薄而稀薄，这个区域弥漫着电子与离子。电离层中的电子云对太阳风中的电子有相斥作用，离子云对太阳风中的质子有相斥作用。这样，太阳风中的带电粒子，要么被地球电离层拒之门外，要么进入电离层后与独身的电子和离子重组为原子，难以直接落入地球表面。

  

地球上空的电离层厚薄不匀，在阳光强烈的赤道上空最厚，越向两极越薄，到了两个极圈上空就像一个空洞的漏斗了。电离层中的电子、离子在极圈地壳铁的吸引下，分别向两极缓慢移动，趋向两极时速度加快，然后在两极上空不断沿着漏斗倾泻下来，实际上就等于有两个由电子、离子流组成的瀑布，分别从两极上空倾泻下来，从而进一步强化两极的磁场。

二是地球辐射带参与地磁的制造。地球有了南北磁极和电离层之后，太阳风中的带电粒子在电离层的电子和离子的斥力作用下，被阻挡在电离层外围，在大气层之外云集，在磁力线的作用下形成地球辐射带。具体来看，太阳风强劲冲击地球赤道上空，把大量带电粒子倾下来，带电粒子在赤道上方的电离层之上云集，然后被后续太阳风压向地球两极。正好地球两极对不同电荷有吸力，正负电荷分别沿着磁力线向两极运动，运动速度由慢到快逐渐加速，最后从两极沉降下去。

在赤道及两侧上空带电粒子处于相对静止的状态，分布最多，这就是辐射带。辐射带有内外两条，内辐射带范围在磁纬±45°之间，主要集中高能质子，离地面600－12700公里，向赤道方向凸起，表明在赤道上方较为厚实；外辐射带范围在磁纬±50－60°之间，主要集中高能电子，离地面19000－25000公里。辐射带中的带电粒子不断沿着磁力线方向向两极流动，也进一步加强了地球磁场的强度。使地球的两极，形成了两个无形漏斗，带电粒子进入漏斗上方就会倾泻下去。

地球辐射带就像地球赤道上方围绕地球一圈的宽腰带，越靠近两极带电粒子流失越多，渐渐稀薄以至消失，所以不能把整个地球罩起来。电离层和辐射带的电荷向两极运动的路径，也就构成了所谓的磁力线，这是一种看不见的轨道，就像卫星轨道一样，只有沿着这条弧形的轨道才能顺利落入两极。来自电离层和辐射带的电荷，就像涓涓流水，源源不断，是一个动态的过程，因而没有多少机会让太空中的电子与质子相结合。

辐射带分布在南北纬60°以内的区间，再往北或往南就消失了，所谓消失那是带电粒子落到了地面上，沿磁力线方向成弧度往下沉降，北边落在北纬79o18′某处最多，南边落在南纬65°36′某处最多，于是就形成了南北两个磁极。极光多发生在65°－70°的纬度，说明这些区域是带电粒子沉降的主要区域，与磁极所处纬度基本吻合。确切说，北极光应该落在北纬79o18′上下区间最多，只是在高纬度地区极少有人看到罢了，那里是北冰洋的深处。

三是地球磁层参与地磁的制造。磁层是由地球磁场俘获的太阳风中带电粒子组成，可以视为包裹地球的外衣，把地球辐射带和电离层包裹在里面，向阳处受太阳风挤压，厚度为5－7个地球半径；背阳处受太阳风吹拂，像飘逸的长发，长达几百个地球半径；宽度为20个地球半径。1967年发现，在磁层的中性片两侧约10个地球半径的范围，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时，等离子体片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力线向地球极区沉降。由于太阳活动剧烈时吹来较多带电粒子，从这个高度向地球两极沉降下去，犹如瀑布倾泻而下，与地球大气发生激烈摩擦，形成较强的极光。太阳活动越剧烈，太阳风越强烈，吹来的带电粒子越多，极光也越强烈，这表明极光源自太阳风。

综上所述，由于地球两极极圈铁量不同和覆盖不同，对太阳风中电子与质子形成引力差，于是两个极圈落下的电子与质子有所不同，分别在南北极圈形成正负磁极，地球电离层、辐射带和磁层也参与制造地球磁极，从而形成更强的地磁。地球磁场与太阳有着千丝万缕的联系。太阳黑子爆发，会形成更强的太阳风，造成地磁强烈波动，这表明太阳风与地磁有密切联系。正因为地球有了磁极，地面才能导电，电线接地，电子就向地球正极流去了。不过，若电线接地点附近有局部磁阳极，因距离近而强于地球阳极，电子则会向那里流去。

行星大气被电离程度，也可能影响到磁场强度。火星大气CO₂含量高达95%，且大气稀薄，火星的磁场较弱，不知CO₂是否难被电离。同样，金星大气CO₂含量也高达97%，金星几乎没有磁场，不知是否也是因为CO₂难被电离。木星磁场很强，浓密的大气也许起了作用，含量高达86%的H₂，不知是否更容易被电离，木星辐射出的能量是接受太阳能量的2.5倍，可能也参与了对大气的电离。同样，水星大气稀薄，自转很慢，似乎不该形成磁场，却有微弱磁场，不知是否也是因为水星大气中98%的氦和2%的氢更容易被电离。其实，水星离太阳很近，太阳风吹来更多氦核、氦离子、氘核、氚核、质子和电子，这些物质本身就处于电离状态。

行星偶极磁场的形成，必须有三个条件：一是太阳风吹来带电粒子。二是行星有自转。三是两极铁量和覆盖有差异。此外，也许还有其它条件。正因为如此，行星磁场与行星自转是相联系的，转得慢的行星或卫星，磁场就很弱，甚至弱得测不出来。金星自转周期是243日，所以金星几乎就没有磁场。木星自转周期是9小时50分，所以木星磁场比地球强大得多，为地球的10－23倍。月球自转周期是27天，所以月球几乎没有磁场。

不过，水星自转周期是59天，比月球还慢，却有磁场，强度是地球的百分之一。可能是因为水星离太阳近，接纳太阳风吹来的电子与质子比较多，两极稍有电荷数量差，就形成磁场。当然，这只是对水星磁场形成的猜测，不一定是这么回事。毕竟太遥远，人类搜集不到什么证据。

虽然磁极的形成是一个复杂的过程，但万变不离其宗，归根结底是电荷云集，正负电荷分别构成了不同的磁极。从当今科学的角度看，只有用电荷云集来解释磁，才能把道理讲清楚。磁的最大特点是有吸力与斥力，电荷的最大特点也是有吸力与斥力，表象不同，本质一致。

本文发表之前，接受度最高的理论是地核有个发电机，不断制造出地磁。这显然是不对的，许多行星都有磁场，连水星这种死寂的行星也有磁场，不可能内核都有一个发电机。再说太阳也有局部性磁场，更不能用发电机理论来解释了。发电机是用动能制造电能的机器，电动机是用电能制造动能的机器。电磁铁才是用电制造磁的装置，有磁之前得先有电，有电之前得先有电压，这都是需要解释清楚的。就算解释清楚了，也找不到地核有个发电机在运行，包括转子与定子，一切只是猜测。地球磁极是飘移的，这说明地磁不是来自地核内的发电机，否则会有固定的磁极。地球磁极飘移，说明地磁来自太空带电粒子，带电粒子从太空飘落地球，在哪里飘落最多不是固定不变的，因而地球磁极也是不断飘移的。

就算发电机理论成立，也解释不了磁石和磁铁的磁性是从哪来的，毕竟它们内部都没有一个发电机。既然都被称为磁，就得有相同的来源，起码在原理上是相通的。唯有用电荷云集来解释，才能通解各种各样的磁，包括地磁、磁石、磁铁和电磁铁，而且正负电荷刚好解释不同极性。一般来说，能把世界解释清楚的理论就是客观真理。

 

 

                          2013年5月3日

   补充1: 2019年3月14日补入一段：从上文可知，磁铁是电荷云集在两端形成的，而不是让人莫名其妙的磁矩形成的。制造磁铁最重要的一道工序，就是用强磁作用于没带磁的铁合金，或用强电场作用于没带磁的铁合金，两种方式起到同样作用：电离铁，把电子赶到一端，把正离子赶到另一端。这样一块永久磁铁就制成了。这足以说明磁是电荷云集在铁合金的两端，看不出与磁矩有什么关系。

注一：国宝级科学论文之四十一《太阳黑子是陨击坑》更好地解释了地球南北磁极的来源。

注二：《生命是什么？》认为，几乎所有天体和粒子，都是一边旋转一边向外辐射能量的，从而形成一个旋涡能量场，若外围天体或粒子吸收这种辐射，就会围绕着辐射源旋转，如地球围绕着太阳转，电子围绕着原子核转。

以原子为例，原子核是一边旋转一边向外辐射的，电子吸收原子核辐射，所以原子核对电子有吸力，这是宇宙中吸力形成的根本原因，不局限于原子核与电子。电子总是向着辐射源的方向飞去，无奈原子核是高速旋转的，电子不断扑空，于是围绕着原子核运动。若原子核停止旋转，电子就会与原子核结合在一起。原子核是否有辐射呢？回答是肯定的。放射性元素的辐射就是来自原子核，由于这些元素的原子核拥有较多质子与中子，它们在运动中相互碰撞释放出辐射；轻元素甚至质子也有辐射释出，只是相对较微弱，被人类忽视或测不出来。

同样道理，地球围绕太阳转也是如此，地球是追逐太阳辐射的，但太阳有自转，太阳辐射是旋转着甩出来的，因而地球不断扑空形成公转，只要太阳停止自转，地球就会像炮弹一样飞向太阳，一头扎进太阳怀抱。地球是无数粒子的集合，太阳也是无数粒子的集合，粒子运动与天体运动具有同源性。试想一下，如果原子核不旋转，电子凭什么绕着你转？如果太阳不旋转，行星凭什么绕着你转？若说有吸力，一头扎过去是最佳解释，用不着兜圈子。那些没有自转或自转慢的天体，就没有卫星，如月球、金星和水星，身边的天体都一头扎下去了，形成无数陨击坑。

旋涡能量场是《生命是什么？》中重要的量子理论与天体理论，这种理论把宏观与微观结合在一起，即用一种理论解释宏观天体和微观粒子。

注三：教科书中的偶极磁场，若含义与本文不同，以本文解释为准：偶极磁场指包含有正负磁极的一对磁场；单极磁场指正极磁场或负极磁场，南北磁极分开看也是单极磁场。地球有无数个单极磁场，人类也制造了无数单极磁场，只是磁场强度弱于地磁或作用距离小于地磁。以前的错误概念和理论该抛弃的要抛弃。