第八章 带电粒子流作用下的磁场
采用比较行星学的观念来看待地球磁场，也就是把地球磁场形成理念归纳入行星磁场的产生机理中去。这样形成的理论，应该是最能切合实际情况的理论。也就是说，该理论能够基本解释我们所遇到的地球磁场理论的困难。
从监测到的八大行星有关数据来看，行星的磁场强度和行星的自转速度密切相关。例如：金星，它和地球其它参数都非常接近，但是它的自转速度很慢，所以它几乎没有磁场；而自转周期时间很短的行星几乎都有强磁场，如：木星、土星等。应用这些参数归纳出的行星磁场理论，应该就是所描述行星磁场理论的源泉。
§1地球磁层的变化
太阳系是迄今为止人类能直接探测到的天体系统；其监测的主要对象是太阳的对外输出，除了引力和光之外，其它参数还有许多。主要包括太阳的多波段电磁辐射,太阳物质抛射事件和太阳带电粒子事件；由此而引起的行星际太阳风暴，磁层亚暴和磁暴，电子通量增强事件，粒子沉降，辐射带变化，电离层扰动和闪烁，中高层大气密度和温度，风速和成分等的扰动以及空间电状态改变等等；监测现象的空间，时间尺度的变化范围大。监测现象的局部地域性与全球性。如地磁异常，粒子沉降，电离层异常，地形地貌对高空大气的成分，状态的影响。空间天气的全球性，如存在随地球的磁经，磁纬度的全球分布与变化。
空间探测发展也非常非常快，它除了采用了很多新的物理思想以外，就是非常先进的探测技术。地球空间是由太阳磁场和地磁场相互作用形成的，实际上，地球是浸泡在相当多的等离子体中，像一个水泡一样的等离子体空间，它和太阳相互作用，就形成地球磁层，地球磁场的许多变化，都是来自于太阳变化的影响。地球磁层的变化和地球磁场的变化是不太能区分开来的，它们都和太阳的变化息息相关，地磁扰动由地磁指数表达。
一、地磁指数（geomagnetic indices）
描述每一时间段内地磁扰动强度的一种分级指标，或某类磁扰强度的一种物理量。时间段均按世界时划分。地磁指数可以分为两类。
之一类地磁指数：描述每一时间段内地磁扰动强度的指数。在中、低纬度地区，扰动的强度是按地磁场水平强度的变化确定的。
C和Ci指数 C 指数是单个地磁台用来描述每日(有时也用于每个小时)地磁扰动强度的指数，分为0、1、2等3级,称为磁情记数。各地磁台每日记一个数。当地磁变化比较平缓而无显著扰动时记为0,当地磁变化比较迅速而扰动幅度较大时记为2。
Ci指数是描述全球每日地磁扰动强度的指数，称为国际磁情记数。各个地磁台在同一日期所确定的记数 C很可能不一致，为使每日取得一个确定的记数，以描述全球的地磁扰动强度，即由各个协作台站的每日记数C求其平均值，取至一位小数，故Ci指数从0.0到2.0共分为21级。
K和Kp指数 K指数是单个地磁台用来描述每日每个3小时内的地磁扰动强度的指数，称为三小时指数或磁情指数。1938年德国尼梅克地磁台首先采用了这种指数。这是一种定量的分级指数，从0到9共分10级，数字越大表示地磁扰动越强。每日分为8个时段,00～03时为之一时段，03～06时为第2时段……，21～24时为第8时段。每个时段确定一个K值，K值大小由各个时段的纯干扰变化的幅度a决定。纯干扰变化的幅度就是消除了太阳静日变化和太阴日变化之后的纯属地磁扰动的幅度。分级的办法是按照近似的对数关系给每一级K值规定一个幅度下限amin, 单位为纳特（nT）。如，尼梅克地磁台(地磁纬度Φ=52.2°N) K 和amin的对应关系，其中K＝9的幅度下限amin(9)=500 纳特是由地磁史上最强的一次地磁扰动的幅度确定的。这个更大的扰动幅度出现在1938年4月16日06～09时。
地磁扰动是随着地磁纬度升高而增强的。为使在每日的相同时段内,各个地磁台所确定的K值和尼梅克地磁台所确定的K值取得一致,处在不同地磁纬度地区的地磁台应有不同的K和amin的对应关系。
Kp指数是全球三小时磁情指数，称为行星性三小时指数或国际磁情指数。全球选取12个标准地磁台。在这些台站上，10级K指数被转化为28级Ks标准化指数，Ks分为00、0+、1-、10、1+……8-、80、8+、9-、90，并且分别季节和3小时时段列出了K同Ks 的对应表。由这12个台站所确定的K值即可从表中查出相应的Ks值。这些台站的每日各个相应时段Ks的平均值就定义为Kp指数。每日共有8个Kp值，数值亦在00到90之间。
Ak和Ap指数 Ak指数是单个地磁台描述全日的地磁扰动强度的指数，称为等效日幅度。因为K同a的关系是非线性的，所以直接采用每日的8个K值之和来描述每日的地磁扰动的强度是不恰当的。因此又把每一级K转化为一定的幅度ak，每日8个ak之平均值即为Ak指数。
ak是由每一级K对应最多的幅度ɑ确定的，称为等效三小时幅度，亦称ak指数。美国切尔滕纳姆地磁台（地磁纬度Φ=50.1°N）确定的K 和ɑk的对应表。其中ɑk以2纳特为单位。其他地磁台以此表为基础可按一定关系进行K和ak的换算。
Ap指数是全球的全日地磁扰动强度的指数，称为行星性等效日幅度。同理又把每一级Kp转化为一定的幅度ap,称为行星性等效三小时幅度,亦称ɑp指数。其中，ap以2纳特为单位。每日8个Kp可确定8个ap；每日8个ap之平均值，即为Ap指数。
Cp指数 另一种描述全球全日地磁扰动强度的分级指数，称为全日行星性磁情记数。这是以每日8个ap之和为基础进行分级的,从0.0到2.5共分为26级。
由Cp和Ap的定义可知，CP不过是AP的一种简化形式,二者之间没有什么本质区别。此外，CP和Ci也是一致的,只是Ci=2.0被扩展为CP=2.0～2.5六级了。
U和U1指数 描述全球每月和每年的地磁扰动强度的指数。主要是反映磁暴对地磁场的影响。
U指数是地磁赤道处地磁场水平强度日均值的逐日差在一个月或一年内的平均值，单位取为纳特，并取系数为0.1,以使U 的数值在1附近。
U1指数是U 指数的改进。根据实用经验曾把U 改进为U1。U和U1可同时采用。
第二类地磁变化指数 专门描述某类磁扰强度的指数。
Dst和DS指数 Dst指数是描述磁暴时变化的指数。在地磁赤道附近选取 5个均匀分布在不同经度上的地磁台，这些台站的每个小时内水平强度变化的平均值就是Dst的数值，单位为纳特。这种指数主要是为了描述环电流扰动场DR的强度，亦即描述DR环电流的强度。
DS指数是描述环电流扰动场DR的强度（即DR环电流的强度）沿经度方向不对称性程度的指数。DS的数值取为上述 5个地磁台的每个小时内水平强度变化的更大差值，单位为纳特。
AU、AL及AE指数 描述极区磁亚暴强度即描述极光带电急流强度的指数。这些指数的数值，由均匀分布在极光带附近各个地磁台的每个小时内水平强度变化来决定(应消除平均的平静变化)，水平强度的单位为纳特。
AU指数是在这些台站中每个小时内的更大正变化。正变化出现在午后和傍晚，因此，AU指数反映了东向的极光带电急流的强度。
AL指数是在这些台站中每个小时内的更大负变化。负变化出现在夜间和早晨，因此，AL指数反映了西向的极光带电急流的强度。
AE指数是每个小时内更大正变化同更大负变化的绝对值之和。
国际地磁静扰日 全球共同采用的磁静日和磁扰日。由国际地磁指数服务机构根据每日8个Kp之和、平方和、更大值Kpmax三者的平均值来确定各日的静扰程度，并且选定国际地磁静扰日。国际磁静日为每月5个地磁扰动最小的日期。国际磁扰日为每月5个地磁扰动更大的日期。从国际地磁静、扰日的选定 *** 可知，国际磁静日和国际磁扰日的选定标准不是绝对的，不同月份的国际磁静日或国际磁扰日之间的地磁扰动程度可能相差很大，这完全取决于每个月份出现的地磁扰动状况。
二、空间天气预报
空间天气对人类社会的发展越来越重要，其预报的准确性、可靠性和及时性直接关系到减少或避免空间灾害给人类活动带来巨大的损失和危害。
地球的周围并非像我们看到的那样空空如也。除了我们相对了解的大气层之外，我们的身边还受到地球的重力场和磁场、还有其他星球的引力场和磁场、以及各种空间电磁辐射的作用。通常情况下，我们在厚厚的大气层保护之下，并没有最直接地感觉到这些磁场或者辐射离子的作用，但是如果在那些大气稀薄而不能提供有力保护的高层大气、电离层等太空区域，或者当地球磁场受到太阳粒子的影响而发生大的扰动的时候，就会出现磁暴、极光等空间天气现象。
一般来讲，空间天气又被称为空间环境（space environment）。它是指围绕地球受地球磁场、引力场和电磁辐射等所控制的空间范围内的环境。该环境主要涉及：一、重力场（即地球引力场）；二、中性高层大气；三、由电离层、等离子体层、磁层及各边界层构成的空间等离子体和波；四、高能粒子（由辐射带和宇宙线构成）；五、来自太阳的电磁辐射、地气热辐射、电场和磁场；六、来自宇宙空间的流星体；七、人类航天活动产生的空间碎片。而在这些因素里面，对空间天气影响更大的则来自太阳。太阳作为距离地球最近的恒星，就是一个不断喷发的动力源，把各种物质、高能粒子、以及磁场等源源不断地抛射出来，它们不断冲击着地球的磁场和电离层，从而对地球周围的空间天气产生巨大的影响。
空间天气预报为空间天气变化的规律研究、模式与预测、效应分析、防护措施、地面与空间技术系统的运作，以及人类活动决策等提供观测数据。建立空间天气的地面、空间的全球监测网是建立和发展空间天气学的基石，是之一位的制约因素。空间天气的监测具有以下显著的特点。
(1)监测的空间范围很大，从地面2～30千米以上直至太阳，它由物理性质和结构很不相同的5个空间区域：太阳大气、行星际介质、地球的磁层、电离层、中高层大气所组成。这些空间区域已经成为人类活动的重要区域，是空间天气学的主要监测对象。
(2)监测的对象和参数多，空间天气监测的主要对象包括：太阳活动、多波段电磁辐射增强输出、日冕物质抛射事件和太阳质子事件、行星际太阳风扰动、行星际磁场方向变化、磁层亚暴和磁暴、粒子沉降、辐射带变化、电离层扰动和闪烁、中高层大气密度和温度、风速和成分等的扰动以及空间电状态改变等等。
(3)监测现象的空间、时间尺度的变化范围大。空间尺度从行星际激波的106千米到中高层大气的1千米左右；时间尺度从几分钟、几小时、几天到11年太阳活动周变化。
(4)监测现象的地域性与全球性。如地磁异常、粒子沉降、电离层异常、地形地貌对高空大气的成分、状态的影响；空间天气的全球性，如存在随地球的经、纬度的全球分布与变化。
(5)监测现象的相关性强。太阳日冕物质抛射、行星际风暴、地磁暴、电离层暴、中高层大气中的热层暴和银河宇宙线暴等都存在着很强的时序因果间的相关性。
空间天气预报是基于我们对空间环境的不断监测，掌握其一定的变化规律，给出空间环境的未来变化趋势的预测。因为太阳活动的重要性，所以监测太阳黑子、冕洞、日珥、耀斑等太阳活动现象则是空间天气预报中极为重要的内容。空间天气预报还将进一步地为服务对象提供更详细的预警信息和行为指导。
空间天气预报的内容主要有几个方面：一是太阳活动预报，包括周期性活动和爆发性活动，如太阳黑子数、耀斑、高速太阳风等。二是行星空间天气预报，如行星际磁场的大小和方向，太阳风状态等。三是地球空间天气预报，包括磁暴、地磁活动、极光现象、电离层暴等。空间天气预报比气象预报复杂得多，它涉及的空间区域从地球表面几十千米一直到太阳表面。空间天气关心的“风”是太阳风，“雨”是来自太阳的带电粒子雨，空间天气没有阴晴之分，只有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别，空间天气不注重冷暖，特别关心的是太阳紫外线和X射线的变化。太阳活动平静时是“好天气”；当太阳活动频繁，可能影响到地球上的通信、导航和电力系统，以及卫星或航天器的运作时，便是“坏天气”。
预报常有的项目：长期短波通讯突然骚扰和太阳质子事件、太阳黑子相对数、太阳10厘米射电流量、太阳X射线耀斑等预报 *** ，其形成了一整套预报 *** 体系。
地球大气层外的世界，诸如等离子体，内外辐射带，磁层，环电流，等逐渐被一一发现，但是未知的东西仍然很多，因此，空间探测成为地球空间和航天技术紧密结合的现代科学技术领域，实际上我们在探测地球空间的同时，还在探测行星际空间和正在准备向太阳系以外的一个空间发射卫星，人类终将彻底认识自身生存的世界。
三、磁暴(Magnetic storm)
全球性的强烈地磁场扰动即磁暴。所谓强烈是相对各种地磁扰动而言。其实地面地磁场变化量较其平静值是很微小的。在中低纬度地区，地面地磁场变化量很少有超过几百纳特的（地面地磁场的宁静值在全球绝大多数地区都超过3万纳特）。一般的磁暴都需要在地磁台用专门仪器做系统观测才能发现。
磁暴是常见现象。不发生磁暴的月份是很少的，当太阳活动增强时，可能一个月发生数次。有时一次磁暴发生27天（一个太阳自转周期）后，又有磁暴发生。这类磁暴称为重现性磁暴。重现次数一般为一、二次。
当激波扫过地球时，磁层就被突然压缩，造成磁层顶地球一侧的磁场增强。这种变化通过磁流体波传到地壳，表现为地面磁场增强，就是磁暴急始。急始之后，磁层被压缩，压缩剧烈时，磁层顶可以进入同步轨道之内。与此同时磁层内的对流电场增强，使等离子体层收缩，收缩剧烈时，等离子体层顶可以近至距地面2～3个地球半径。如果激波之后的太阳风参数比较均匀，则急始之后的磁层保持一段相对稳定的被压缩状态，这对应磁暴初相。
磁暴期间，磁层中更具特征的现象是磁层环电流粒子增多。磁层内,磁赤道面上下4个地球半径之内，距离地心2～10个地球半径的区域内,分布有能量为几十至几十万电子伏的质子。这些质子称为环电流粒子，在地磁场中西向漂移运动形成西向环电流,或称磁层环电流，强度约106安。磁层环电流在磁层平静时也是存在的。而磁暴主相时，从磁尾等离子体片有大量低能质子注入环电流区，使环电流幅度大增。增强了的环电流在地面的磁效应就是H分量的下降。每注入一次质子，就造成H下降一次，称为一次亚暴，磁暴主相是一连串亚暴连续发生的结果。磁暴主相的幅度与环电流粒子的总能量成正比。磁暴幅度为100纳特时,环电流粒子能量可达4×1015焦耳。这大约就是一次典型的磁暴中磁层从太阳风所获得并耗散的总能量。而半径为 3个地球半径的球面之外的地球基本磁场的总能量也只有3×1016焦耳。可见，磁暴期间磁层扰动之剧烈。
19世纪 30年代 C.F.高斯和韦伯建立地磁台站之初,就发现了地磁场经常有微小的起伏变化。1847年，地磁台开始有连续的照相记录。1859年9月1日，英国人卡林顿在观察太阳黑子时，用肉眼首先发现了太阳耀斑。第二天，地磁台记录到 700纳特的强磁暴。这个偶然的发现和巧合，使人们认识到磁暴与太阳耀斑有关。还发现磁暴时极光十分活跃。19世纪后半期磁暴研究主要是积累观测资料。
磁暴和磁层暴是同一现象的不同名称，强调了不同侧面。尽管磁暴的活动中心是在磁层中，但通常按传统概念对磁暴形态的描述仍以地面地磁场的变化为代表。这是因为，人们了解得最透彻的仍是地面地磁场的表现。
磁暴开始急，发展快，恢复慢，一般都持续两三天才逐渐恢复平静。磁暴发生之后，磁照图呈现明显的起伏，这也是识别磁暴的标志。同一磁暴在不同经纬度的磁照图上表现得很不一样。为了看出磁暴进程，通常都需要用分布在全球不同经度的若干个中、低纬度台站的磁照图进行平均。经过平均之后的磁暴的进程称为磁暴时（以急始起算的时刻）变化，记为Dst。
四、磁层亚暴（magnetospheric substorm）
发生于地球磁层的强烈扰动。简称亚暴。持续时间为1～2小时。主要扰动区域包括整个磁尾、等离子体片和极光带附近的电离层。1961年，赤祖父俊一和S.查普曼把磁暴主相分解为环电流磁场和极区扰动磁场。极区扰动磁场的持续一般为1～2小时，比磁暴的持续时间短得多，故又称极区扰动磁场亚暴，也称地磁亚暴；因为极光活动时间和地磁亚暴一致，故极光活动又称极光亚暴。1968年，赤祖父俊一把它们统称为磁层亚暴，因为它们都是磁层扰动的表现。
亚暴起始时，平静光弧突然增亮，增亮区扩大，这就是极光亚暴。亚暴是南北半球共轭的，共轭点上有相同现象，共轭点是指同一条磁力线截于南北半球地面的两点。亚暴是磁尾的一种激烈而频繁的运动形式，磁扰日里几乎每天都发生数次。亚暴常成串出现，时间间隔无规律，有时之一次尚未结束，第二次接踵而来，这称为叠发亚暴。每一次爆发来不及构成完整的膨胀相，而只是一次接一次的极光增亮。亚暴的发生与行星际磁场和太阳风状态有密切关系，一般当行星际磁场持续一段时间偏南之后，就会发生一连串亚暴。
五、地球空间暴
地球空间暴这个名词概括地球空间相互联系的爆发事件。定义地球空间暴包括磁层亚暴、磁暴、磁层粒子暴、电离层暴和热层暴，其中磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴可称为磁层空间暴，这是当前地球空间更具有挑战性的关键科学问题。
特别是磁层粒子暴，是人造卫星的杀手，破坏力极强。人类也进一步认识到，这些空间暴的发生机理和发展机制非常复杂，常常在地球的这一侧触发，而其能量却能传到地球的另外一侧，并引发其它爆发，因而是不同空间层次和不同时空尺度的全球过程。
地球空间环境经常爆发的有“五暴”，其中磁层有“三暴”：磁暴、亚暴和粒子暴，此外还有电离层暴和热层暴；而磁层变化与另外两个处于同一层面的电离层和热层变化，紧密相联并相互影响。
包括磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴。
―磁层亚暴是发生在磁层中巨大能量存储突然释放的瞬变活动，大约每天发生3－4次，每次释放的能量大约相当于一次中等地震的能量。连续发生的磁层亚暴与强磁暴有密切关系。
―磁暴是全球地磁场的剧烈活动，可引起电磁层和高层大气的剧烈扰动，这对航天活动、通信、导航的定位精度有重要影响。
―磁层粒子暴是近地磁层中各类粒子爆发性事件，对航天活动有重要影响。
―电离层暴和热层暴是电离层和电离层附近发生的剧烈变化。电离层通讯条件发生改变，称之为电离层暴的恶劣变化；卫星轨道的大气加热，密度增加，发生所谓热层暴以及高能量电子的通量突然增强事件等。
简单地说，依据以前的知识，我们都把磁层磁场和地球磁场理解成为一种自然现象。为了更好地理解地球磁场，我们把它分为磁层磁场和地磁场来探讨，很多机理就容易明白了。抵御太阳风和太阳风相互作用的都是磁层磁场，强烈扰动太阳风使磁层磁场发生了变化，然后又影响到了地磁场。仅有三千千米的地核产生的地磁场不可能影响到六万多千米的磁层磁场，它们之间距离相差二十多倍呢，而且在磁层顶其还相当强劲。
§2行星磁层
太阳风与地球磁场相互作用产生磁层的各个层次结构的理论预测，都逐一为空间飞船的观测所证实。地球磁层现象不是地球所独有的，其他太阳系行星也各有相同或者类似的磁层结构。在太阳系的八个行星中除天王星、海王星因距离遥远所知情况较少外，其他几个行星都先后有宇宙飞船探测过，内行星：水星和金星有飞船水手10号、水手5号飞过，外行星：木星和土星有飞船先锋10号、先锋11号和航行者1号和2号飞经其附近，火星由专门的火星3和5对其磁场测量。人类不能只满足于对自己居住行星的了解，也会扩大我们的视野一样，只有对其他行星详细地测探，才会更好地了解我们的地球。
关于行星磁场的产生机理，时至现在仍然还是一个没有归纳出来的疑问。关于它产生的原因也已有许多种假说，这些假说虽然能够解释一些现象，但是都存在它们的理论缺陷。
大行星的磁场
卫星探测表明，太阳系中的水星、地球、木星和土星都具有较强的磁场,太阳风流过它们时都形成自己的磁层。太阳及其行星际磁场一同在星际空间运行，排斥星际介质而形成大的日球层，就是太阳磁层。由于等离子体的密度和速度以及星体磁矩的大小和方向等都不相同，磁层的尺度和结构也有着很大的差异。
在行星周围，被太阳风等离子体包围，受星体磁场控制的空间区域就是行星磁层。行星磁层的形成和结构形态，主要取决于太阳风和行星磁场的分布。行星磁层基本上可分为三种类型。
1、偶极磁场的慢旋转磁层 有些行星生成较强的偶极磁场，这一磁场的磁压，足以在离行星相当远的距离处与太阳风的动压相平衡，形成磁层顶。同时，这些行星的旋转速度很慢，旋转对于磁层结构的影响可以忽略。地球磁层就属于这种类型。
2、偶极磁场的快旋转磁层 有的行星生成较强的偶极磁场，而这些行星的旋转速度较快，旋转对于磁层结构有显著的影响。木星磁层就是这种类型。
3、感应磁层 有的行星本身没有磁场或者磁场很弱，它的磁场主要是依靠行星周围的等离子体与太阳风相互作用产生的。金星磁层可能属于这种类型。1960年以来，先后发射了各种行星探测器，对水星磁层、金星磁层、火星磁层、木星磁层和土星磁层进行了直接探测。关于天王星和海王星的磁层，目前还缺少直接探测资料。
（一）水星磁层
水星是距太阳最近，是太阳系里最小的一颗行星，距太阳平均距离只是0.39AU，半径为2440公里。水星有与地球类似的磁层和弓形激波，它的磁层顶、磁尾电流片都与地球类似。水星磁层顶对日点到水星中心的距为1.32Rm（Rm为水星半径），这样水星磁层占据的空间很小。水星磁层内等离子体与地球的也非常相似。
根据测量水星磁场的磁偶极矩为2.4×1022～5×1022高斯·厘米3,水星表面赤道磁场强度为400纳特，两极处略微强些，约700纳特。在向阳面,磁层顶和弓激波的位置大约分别为1.4±0.2和1.9±0.2个水星半径单位。
跟地球磁场强度比较一下就更清楚些，地球表面赤道上的磁场强度在29000～40000纳特之间，两极处的强度也略大，地磁北极约 61000纳特，南极约68000纳特。大体上说来，水星表面磁场的强度大致是地球的百分之一。与地球磁场相比，水星磁场强度不算高，更不要说与其他强磁场行星——木星和土星相比了。但是，除了这些颗行星之外，在太阳系的其余行星当中，水星还是可以称得上是有较强磁场的一颗行星了。
水星磁场与地球磁场还有一些很相像的地方，那就是磁轴与自转轴并不重合，两者互相交而形成一个夹角，水星的这个角度是11°，而地球则是 11°多。磁轴指的是北磁极和南磁极点之间的连线。
既然存在磁场，磁场在太阳风的作用下肯定会被局限在一定的范围内，这个范围就是所谓的磁层。太阳风基本上不进入到磁层里面。水星和地球都有磁场，也都有磁层，水星磁层冲着太阳那面的边界——磁层顶到水星中心的距离，大致相当于1.45个水星半径，地球磁层顶到地球中心的距离约11个地球半径。所不同的是，地球磁层是不对称的，有点像是条头大尾小的大“鲸鱼”，而且“尾巴”拉得很长；水星的磁层则比较对称，“尾巴”也短。
水星有一个基本上与自转轴平行的偶极磁场，虽然磁场强度比地球磁场弱的多，但两者却很相似。人们首先想到的是，它们磁场的成因也许是相似的或者是相同的。
“水手”10号发现水星具有远比火星、金星强大得多的磁场。探测结果还表明，与磁强计所得曲线十分符合的水星磁矩，不到地球磁矩的1/3400。水星磁极的极性与地球相同，偶极矩指向南；磁轴和自转轴交角约11°。依据现行的行星核发电理论，可以肯定水星磁场是这个行星本身所固有的。
（二）没有磁场的行星—金星
金星是距地球最近的行星，和地球大小差不多，它距太阳平均距离为0.72AU，半径为6050公里。宇宙飞船提供了直到距进行200公里高的金星磁场数据。金星磁场很小，所以金星磁场不足以阻止太阳风，太阳风直接吹进金星大气，宇宙飞船水手5号测到金星的弓形激波，但是金星没有磁层，弓形激波是太阳风与金星电离层作用生成的。
金星电离层与地球电离层类似，电子密度在高度142公里达到极大：5.6×105/厘米3，而在500公里高度终止，即500公里是金星电离层顶，另一飞船测到的电离层顶比500公里低，约为350公里，从280公里到350公里有一个复杂结构。是否金星电离层也有几个层次，或者电离层顶是一个过渡区，有待将来仔细测量证明。
由行星探测器探测到的磁场估算，金星的磁偶极矩约为3～6.5×1022高斯·厘米3之间。金星表面磁场约为18～29纳特。但后来的磁场探测结果表明,金星磁偶极矩更大值约是(4.3±2.0)×1021高斯·厘米3,比以前的估计约低一个数量级。从这些探测结果来看，一般认为金星的固有磁场很弱，主要是太阳风与电离层相互作用引起的感应磁场。金星磁层结构的特点 由于金星没有固有磁场，或者只有很弱的磁场，太阳风可以直接与电离层相互作用。因此，金星没有像地球、木星和土星那样的完整的磁层结构。
探测结果表明，金星有明显的弓激波。激波在向阳面对日点的平均位置大约是 1.27RV（金星半径RV约为6050千米），在侧面的平均位置大约是2.44RV。在向阳面，磁层顶和电离层顶几乎重合在一起，在背阳面，两者明显地分开。金星磁层也有背阳面拉长的磁尾。在离金星2～5RV的远磁尾区，存在着与地球相似的等离子体片和中性片，但磁力线的方向与地球相反：黄道面以北，磁力线离开金星；黄道面以南，磁力线指向金星。在这里，伴随着等离子体能量的增加，观测到磁场强度周期性地减小。现象表明，金星磁层中有可能发生磁层亚暴。
电离层的外边界称为电离层顶。电离层顶的高度在向阳面对日点处的高度平均约 350千米，在黄昏一边约700千米，在早晨一边约1000千米。亦只是发现金星附近的太阳风激波。这种激波的位形可以用太阳风直接同金星大气的顶部碰撞来解释。激波后的湍流和小尺度磁场是由太阳风同金星表层物质相互作用而产生的。
（三）地球磁层
关于地球磁场，本书第二章之后的章节给予了全面的讨论，这里不再赘述。
（四）火星磁层
火星曾经是人文科学家最为关注的一颗行星，它处于地球的外侧，距太阳平均距离为1.5AU，大小约为地球的一半，火星半径为3400公里。火星有浓厚的大气，表面有火山、盆地和河道，人们曾经一度猜测火星上可能有生命。火星也是飞船探测最多的一颗行星，探测器曾在表面着陆。现在看来是不存在生命，由于主要关注火星生命和地貌，对太阳风与火星的作用反而测量较少，只知火星也有弓形激波。
火星的磁场比地磁场小很多。火星的磁偶极矩大约是2.4×1022高斯·厘米3。火星表面磁赤道的磁场强度更大为60纳特,弓激波位置变化较大，约为1.36～1.74个火星半径，大多是由于太阳风与电离层相互作用所产生的。磁轴与自转轴交角为11°。
火星表面有一个强度约为地球的１/８００的磁场。现存的地壳磁场，主要位在南半球、仅覆盖火星40%的表面。注意到火星磁场与太阳风磁场会产生连结，当磁力线重新连接后，有部分游离大气会被包裹在脱离的磁场中，形成宽有数千千米的磁力囊（magnetic capsule）。在太阳风的吹送下，气体会随着磁力囊，离开火星。
科学家最近研究发现在40亿年前火星可能拥有大得多的磁场。与今天地球磁场的形成非常相似。但是火星火山口的记录表明火星的古磁场消失得很快，仅持续大约有几百万年的时间。
发现带状的磁场记录。这是个相当意外的发现，它意味着这颗红色行星，在遥远的过去其实和地球很相似。在火星南半球的这片地区，火星全球量测轨道上的红带和蓝带，代表磁场指向相反的极向区域。这些磁带的排列是东西向的，并涵盖160千米宽960千米长的区域。在地球上，这种磁带通常发生在板块的边缘。当地壳沿中大洋脊分离时，它们产生一系列带状的地磁扬记录。火星上类似的图案，被视为火星曾有表壳板块漂移和磁场反转的证据。只是在地球上，这两种过程仍在持续之中，而在火星上，一般认为早就成为陈年往事。
（五）木星磁层
木星是太阳系更大的行星，半径为71400公里，它距太阳平均距离为5.2AU。木星的磁层十分庞大，向日面磁层顶边界距木星50～100RJ（RJ为木星半径），而它的背日面磁尾更拖的其极远，达几个天文单位（AU），有人估计甚至拖至土星轨道。如果从地球能看到木星磁层的话，它比太阳本身还大好几倍呢。
木星有较强的磁场，表面磁场强度达3～14高斯，比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有0.3～0.8高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有 10°8′的夹角。木星的正磁极指的不是北极，而是南极，这与地球磁场正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用，形成了巨大的木星磁层。木星磁层的范围不仅巨大而且结构复杂，在距离木星140万～700万千米之间的巨大空间里都是木星的磁层。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之避免遭受太阳风的袭击。地球周围有条称之为范艾伦带的辐射带，木星周围同样也有这样的辐射带，而且特别巨大。“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万千米长的极光。
木星在磁层内主要有两个不同的磁场区域，即内磁层区、磁尾和电流片区。
1、内磁层区 从木星表面到10RJ的空间范围，在此区域内，磁场分布可近似地用偶极场来表示，偶极矩MJ≈1.5×1030高斯·厘米3，赤道面磁场为4.1高斯，比地球大10倍多一些，在磁赤道面上，磁场的方向是向南。偶极轴和旋转轴之间的夹角约为10°,偶极子离开木星中心约0.11RJ（纬度16°,经度 176°）。木星表面，在南北半球各有一个高磁场区，磁场强度分别为14.4高斯和10.8高斯。另外，还有一个低磁场区称为磁异常区，其中心位于北半球，经度为230°左右。木星表面有磁异常区的存在，对于木星磁层中的许多现象（如十米波辐射、极光、场向电流和粒子分布的径向不对称性等）有明显的影响。
在木卫一的通量管（连接木星和木卫一的电离层的磁力线构成的磁力线管）中，存在着较强的电流。总电流强度约为106安培。由于这一电流的影响,在此区内磁场有较大的扰动，扰动值约为±50纳特。
2、磁尾和电流片区 木星磁层有一个向外拉长的磁尾。径向距离超过10RJ以上，磁场分布逐渐偏离偶极场，而且还有较大的起伏，因为超过某一径向距离后，在赤道区附近存在着一个薄的等离子体片，此等离子体片产生的电流，对外部磁层的磁场影响很大。此电流系统集中在磁赤道附近,厚度大约为2RJ，称为电流片。在电流片的中间，磁场最弱，约为1纳特。在电流片的两边,磁场方向相反：在磁赤道以南，磁场的方向指向木星，以北的方向离开木星。在离木星较近的区域，电流片与偶极赤道平行，但当超过某一距离（大约40RJ）后，开始偏离偶极赤道，逐渐与自转赤道平行。
木星磁层粒子主要来源于木星电离层及其卫星，这里与地球磁层粒子来源不同。粒子成分主要有质子、氧、钠和硫的等离子。木星的粒子环境按粒子能量可分为：低能等离子体环境、热等离子体环境和辐射带粒子。
1、低能等离子体环境 指粒子能量从 100电子伏到几千电子伏的等离子体环境。木星磁层中存在着几个显著不同的等离子体区域，即等离子体层、槽区、环电流区和等离子体片区。
等离子体层约在2.8～6RJ的空间范围。在此层内质子的数密度较高，约为50～100个/厘米3。这些质子的特征能量约为100电子伏。等离子体层有明显的边界,在等离子体层顶外，密度显著降低。木卫一通量管正好是位于等离子体层的外边界，对等离子体层有很大的调 *** 用。木卫一通量管是木星磁层中的一个重要区域特征，可以看作木星磁层中的粒子来源区和加速区。木卫一通量管中的电流，在木星电离层和木卫一之间形成一个闭合电离体系，由于电流不稳定性，可以激发等离子体湍流，结果使木卫一通量管中的粒子加速。木卫一表面不断溅射出各种成分的离子（如钠、硫等）,这些离子被加速后,通过对流和扩散的形式,传输到磁层的其他区域。另外,木卫一通量管也是木星产生无线电辐射的区域，强烈的木星十米波辐射就发生在这一区域中。槽区的空间范围约为6～8RJ，在此区域内质子的数密度显然降低，约为1～10个/厘米3。
环电流区约在8～15RJ的空间范围,木卫二通量管正好是在这一区域中，质子数密度是10～15个/厘米3。
等离子体片区是木星外部磁层的主要组成部分，其范围约从15RJ一直伸延到几百RJ，厚度约为2RJ。在20RJ处质子数约为1个/厘米3，能量大约是 1千电子伏的量级。密度数随径向距离的增大而减小，密度数有 5小时和10小时的周期变化。大约在40RJ以内，等离子体片与偶极赤道平行；但超过大约40RJ的外部区域，等离子体片逐渐变得弯曲，与自转赤道相平行。大约在小于20RJ以内的区域，等离子体是以同样的速度随木星旋转；但在大于20RJ左右以外的区域，等离子体的旋转角速度随着径向距离的增大而减小。等离子体的离子成分主要是氢、氧和硫。这些离子主要来源于木星电离层和木卫一。
2、热等离子体环境 指电子能量大于20千电子伏，离子能量大于28千电子伏的等离子体环境。大约在30RJ以外的区域，热等离子体的密度是10～106 /厘米3，能量密度大约10-15～10-20焦耳／厘米3，整个区域表现为高β（热能与磁能之比）的等离子体。在向阳面一侧，从30RJ到磁层顶附近，等离子体是沿着木星的旋转方向流动。在背阳面一侧从30RJ（地方时3时左右）直到140～160RJ也是向着旋转方向流动。在150RJ以外的区域，等离子体变成“磁层风”离开木星向外流动，方向是太阳与木星联线偏西20°,速度大约是从300千米／秒到大于1000千米／秒，温度约为3×108K。
离子成分中，氧和硫与氦的比率随着径向距离的增大单调地增大，同时碳与氦的比率保持不变，钠与氧的比率大约为0.05。氢和氦的比率在磁层顶外是20左右，但在磁层内是300左右。
3、辐射带粒子 大于30 兆电子伏的质子的更大通量约6×106厘米-2·秒-1，位于 L≈3.4处（L表示磁壳参量，以木星半径作单位）。大于3 兆电子伏的电子,更大通量约2.5×108厘米-2·秒-1，位于L≈6处。木星的十厘米波辐射，是这些高能电子同步辐射的结果，电子通过同步辐射散失能量并改变投掷角的分布。通过投掷角的散射过程，辐射带粒子不断被靠近木星的卫星所吸收。
木星磁层是相对电子的发射源。在离木星 1天文单位距离处观测到能量范围为 3～30 兆电子伏的高能电子暴，其持续时间约2～3天，并且有10小时的周期，这种周期变化与木星外磁层观测到的周期变化相一致，表明这些高能电子是从木星磁层传播到行星际空间的。
对木星磁层内外的等离子体波探测表明，在弓激波以外存在着低频无线电波、离子声波。在木卫一等离子环中测量到了高频的静电波，强的哨声型湍流和与闪电有关的哨声。在外部磁层测量到了被捕获的无线电波还观测到了上混杂波。
2001年1月，当卡西尼号探测器经过木星附近的时候，木星磁场顶层恰好接近探测器，而数百万公里外的伽利略号探测器也处于磁场的边界附近。通过两个探测器发回的数据，科学家发现了太阳风对木星磁场产生的一些影响，包括观察到木星磁场中以亚光速运动的电子、广阔的中性原子云等。科学家还观测到了木星两极附近的极光，其产生机理与太阳风在地球上引起极光极为相似。
本质上讲，木星磁层活动能量是从自转能量中吸取的，木星的辐射能量比接受太阳辐射更多，木星不像普通的行星，更像一颗弱恒星。
（六）土星磁层
土星是太阳系第二大行星，半径为60000公里，到太阳平均距离为9.5AU，土星的自转周期为10小时1分，绕太阳公转周期为29.46年。土星也有许多卫星都在磁层内，最远的泰坦（Titan）卫星，轨道在20 RS处，最近的卫星米玛斯（Mimas），在3 RS处。土星还有很多神秘的光环，卫星和光环与土星磁层必然有很密切的关系。由土星磁层顶至9 RS范围为土星的外磁层，外磁层充满低密度热等离子体，主要成分为氢和氮离子，据信泰坦卫星是这些等离子体主要源。
土星磁场的极性与木星相同，与地球相反，偶极矩为2.2×1029高斯·厘米3。偶极轴和土星自转轴之间的夹角很小，仅1°左右,这与地球和木星有很大的不同。在内部磁层，磁场的分布接近偶极场。在外部磁层，磁场分布与偶极场有系统的偏离，这是因为在向阳面磁层受到太阳风的压缩，在磁尾受到电流片的扰动所引起的。
土星磁层的外形与木星和地球相似，有明显的弓激波和磁层顶。在向阳面，弓激波离土星的位置约在20～24RS（土星半径 RS=60000千米）的范围,磁层顶位置大约在17RS处。在黎明一边,弓激波位置大约在49～102RS的范围，磁层顶位置大约在30～39.81RS范围。由于太阳风条件的变化，弓激波和磁层顶的位置是在相当大的范围内变化。
土星的粒子环境 根据粒子的特性可分为 4个区域，即外磁层区、槽区、内磁层区和环区。
1、外磁层区 约从7.5RS一直到磁层顶的区域。在此区域存在着含有O+或OH+的等离子体，这些低能离子来自土星环，而不是从太阳风穿入磁层的。在RS以内发现低能的捕获带电粒子,向里延伸到大约7.5RS。外磁层的主要特征，是捕获粒子的通量和投掷角随时间变化很大。在8RS之外粒子分布混乱，磁场的极性变化较快，这是磁尾电流发展的结果。
2、槽区 约在7.5～4RS的空间范围。槽区的特征是粒子通量显著减少，质子只有外磁层的百分之几，低能电子只有外磁层的千分之一。减少的原因是卫星的吸收和驱赶效应，在这一区域内有3颗卫星。
3、内磁层区 约从4RS直至A环外边界。在4RS以内粒子的通量和能量都增加很快，能谱复杂且变硬，内磁层区的粒子能量大于35 兆电子伏的质子更大强度为3×104厘米-2·秒-1，能量大于3.4 兆电子伏的电子更大通量是3×106厘米-2·秒-1。在此区内，粒子通量的明显吸收特性与土卫一有关。利用这种吸收特性可以发现新的卫星，并且可以确定在此区内捕获粒子的扩散系数和加速过程。
4、环区 约在小于2.3RS的空间范围内。环区的主要特性,是带电粒子几乎完全被环所吸收。在A、B和C环附近，连续地观测到低通量的高能电子。
土星的极光区为椭圆形，周期性照亮极地。人们认为这种极光与地球北极光的形成很相似。地球北极的极光是太阳风（辐射微粒流）的电子穿透地球的磁层时出现的，这些电子同上层大气层发生作用，就可以形成类似烟花一般的奇异极光。
但是天文学家认为，土星上还可能存在另外一种类型的极光。这种新型极光非常昏暗，人们很难发现它们。英国莱斯特大学的斯塔拉德及其同事利用地球上的观察仪器观测了土星南极的红外线,发现土星椭圆形极光的外部，还有带电粒子发出的光芒，从而发现了这种新型极光。
土星的新型极光虽然可能与土星环有关，但恩克拉多斯卫星更可能是元凶。这种极光的起源可能与木星极光极为类似。木星的卫星艾奥上存在大量的火山，艾奥与其它木星卫星每秒向木星的轨道上喷发大约一吨左右的物质，进而形成了木星极光。土星的恩克拉多斯每秒钟向土星轨道上喷发大约100多千克的物质。天文学家目前正试图发现恩克拉多斯卫星与土星磁场相互作用的直接证据，以证明这个观点。科学家曾发现，木星的极光是由于其木二卫星喷发物质所形成，而科学家还未曾发现土星极光存在类似的情况。
（七）天王星磁层
天王星的磁场是奇特的，一则是他不在行星的几何中心，再者他相对于自转轴倾斜59°。事实上，磁极从行星的中心偏离往南极达到行星半径的三分之一。这异常的几何关系导致一个非常不对称的磁层，在南半球的表面，磁场的强度低于0.1 高斯，而在北半球的强度高达1.1 高斯；在表面的平均强度是0.23 高斯。与地球的磁场比较，两极的磁场强度大约是相等的，并且"磁赤道"大致上也与物理上的赤道平行，天王星的偶极矩是地球的50倍。海王星也有一个相似的偏移和倾斜的磁场，因此有人认为这是冰巨星的共同特点。
位于23个天王星半径之处有弓形激波，磁层顶在18个天王星半径处，充分发展完整的磁尾和辐射带。综上所论，天王星的磁层结构不同于木星的，而比较像土星的。天王星的磁尾在天王星的后方延伸至太空中远达数百万公里，并且因为行星的自转被扭曲而斜向一侧，像是拔瓶塞的长螺旋杆。
天王星磁层的带电粒子包含：质子和电子，还有少量的H2+离子，未曾侦测到重离子。许多的这些微粒可能来自大气层热的晕内。离子和电子的能量分别可以高达4和1.2 百万电子伏特。在磁层内侧的低能量（低于100 电子伏特）离子的密度大约是2个/厘米3。微粒的分布受到天王星卫星强烈的影响，在卫星经过之后，磁层内会留下值得注意的空隙。微粒流量的强度在100,000年的天文学时间尺度下，足以造成卫星表面变暗或是太空风暴。这或许就是造成卫星表面和环均匀一致暗淡的原因。在天王星的两个磁极附近，有相对算是高度发达的极光，在磁极的附近形成明亮的弧。但是，不同于木星的是，天王星的极光对增温层的能量平衡似乎是无足轻重的。
天王星的南北磁极与地理上的南北极相距太远。大多数行星都有南极和北极两极磁场，地球的磁场排列非常简单，恰恰就像一个磁铁条的一样：磁力线从地理南极附近出发，围绕地球半圈后封闭于地理北极。地球的磁极与地球的南北极存在一个偏角，称为磁偏角，目前二者的交角为11.5°。太阳系的其它许多行星，包括木星、土星和水星都与地球类似，比如木星的磁偏角是10°，与地球相近。而天王星的磁场却很怪异，它不但具有多个极，而且磁偏角很大，达到59°。
在这个发现以前，天文学家倾向于把天王星的倾斜和偏心磁场看作异常，认为是磁场反向导致的。如果海王星也有这样一个独特的现象，那就意义不同了。所以如何解释这两个行星的磁场，仍是亟待解释的问题。经测量，磁场的自转周期是16小时隔3分钟，这一结果对大气科学家来说无疑是很重要的。
（八）海王星磁层
海王星大气相当透明，成分与天王星大气相近，但甲烷、氨的含量更高，而且大气活动剧烈得多，到处都是狂风呼啸，甲烷组成的白云在湍急的气流中翻滚不止，形成和消散都很迅速。耐人寻味的是，南半球上也有一个与木星大红斑类似的大黑斑和2个小黑斑，大黑斑约12000千米×8000千米，亦在顺时针方向急剧旋转，在它后面有时又会滋生出许多尾随它的小黑斑。
海王星的磁场强度是地磁的2～3倍 ，磁轴与自转轴有50度的交角。所以它也具有磁层，也会产生极光。
海王星的磁场与其他行星的情况大相径庭，它们的磁场有多个极，而且磁偏角很大是 47°。天王星也有与地球范艾伦带相类似的辐射带。
在这里与天王星相似的方面还是海王星，海王星的磁偏角也非常大，达到47°。更奇怪的是，这两颗行星的磁极竟然一刻也没有停止快速变动。因此天王星和海王星经常被叫做双胞胎行星。
此外，还必须说明像海王星这样一颗远离太阳的行星，是如何获得能量，从而驱动它的大气的。对这些问题的研究，将会使我们不但对海王星，而且对整个太阳系有一个更加深刻的认识。
（九）其他天体磁场
月球
美国麻省理工学院的科学家们曾经成功证明，月球在其早期阶段时也曾像地球一样拥有过磁场。美国科学家们此次选择的研究对象是一块编号为76535的月岩标本（由美国宇航员在上世纪70年代时带回地球）。在研究开始的最初几个月里，76535号月岩一直被锁在一个特殊的绝缘室内（这样做的目的是消除其地面可能产生的短暂磁场）。
在经过数月的隔离后，这块月岩样本被置于一个不断变化的磁场之中，而科学家们则通过一个机械臂对其各个部分的“磁相应”情况进行测量。对所获数据的分析表明，76535号月岩标本在历史上曾经历过一个长期存在的磁场。对其进行的放射性同位素测量表明，这一磁场出现于距今42亿年前，也就是在月球形成后大约3亿年。
到目前为止，总共存在着两种有关月球磁场形成原因的假说。一种观点认为，月球磁场的产生源自外来天体的撞击。而另外一种观点则认为，月球磁场之所以会拥有磁场，是因为它也曾拥有过一个液态的核心。而此次美国科学家取得的研究成果恰好证明了如此理论。
对月球来讲，由于没有大气层，昼夜温差比较大，特别是向阳面，与另一面，温度相差太大，它的磁场不会像地磁场那样稳定，并且在两极会形成双极性磁场。就是说在向阳的一面会形成类似于地球的磁场，地磁场N极，在地理南极方向，地磁场S极在地理北极方向；但是对背阳面却不同了，由于温差太大，月球可能会向外放出光子信息能量，由于月球自转产生的月球磁场会和地磁场相反，即月球磁场N极，在地理北极方向，月球磁场S极，在地理南极方向，从而形成双极性磁场。
§3地球磁场起源探索
1838年，高斯运用球谐分析的 *** ，发现地磁场的场外源（非偶极场）仅占总磁场的万分之几到千分之几，偶尔可达百分之几，表明地磁场主要源于地球内部（这样只能让人想到了地球内部，是的，地磁场是源于内部的电流场）。二十世纪末，根据地球上地磁要素的地理分布、地磁场的长期变化规律，科学家进一步认为，地磁场是来源于地球内部，也就是说，偶极场是地磁场的主要源场。
地磁场的成因至今还是地球物理学的重大理论难题之一。科学家提出了十多种假设。这些学说都存在各自的缺点，不能完全解释人类观测到的复杂的地球磁场现象。
首先出现的是铁磁体假说。对地球磁场起源的探索，早在公元1600年就开始了，吉尔伯特发现地球周围存在巨大的磁场， N极在地球的地理南极，S极在地理北极。在此后的三百多年时间里，科学家们相信地表以是一个巨大的铁磁体，由此形成了地球磁场。一般认为，地核由铁、镍等重金属构成；铁是存储磁能的重要物质。后来科学家发现，地球的核心确实是铁质的，不过，地心温度高达5540℃，远高于铁的居里温度（770℃），铁质地核不可能表现出磁性。铁磁体假说因此难以成立。
另一种较有影响的观点是热电假说。电荷运动可以产生磁场，有些科学家认为，地球内部也存在着电流。地核(特别是它的外部)处于液体或接近液体的状态，外核是液态。铁、镍是电的良导体。这种假设认为，在成分不同的地幔与外地核的交界处，由于地核物质的对流形成不同温度的地段。在地幔和地核边界上可能会由于带电物质热对流产生电流，形成磁场。可是，要产生现有强度的地磁场，电流强度需要达到109安培。外核液态铁能产生如此强大的电流吗？其次，热对流无法形成偶极性磁场。热电假说因此难以令人信服。
目前较多科学家认可的是自激发电机假说，即埃尔萨塞和布拉德的发电机理论。1919年拉莫尔（J.Larmor）首先提出了旋转的导电流体维持自激发电机的可能性，这是关于地磁场起源的自激发电机说的最早概念。较为系统的论述，是20世纪40年代末、50年代初由埃尔萨塞 (W.M.Elsasser)、帕克(E.N.Parker)和布拉德(E.C.Bullard)等人完成的，称为埃尔萨塞－帕克模型和布拉德过程。1945年，美国物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理认为，铁、镍构成的液态地球外核具有良好的导电性，随着地球自转而流动，在最初的微弱磁场中运动，就有可能切割磁力线，像磁流体发电机一样产生感应电流，感应电流形成的磁场又使原来的弱磁场增强，产生自激作用，使原来的弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗，磁场增加到一定程度就稳定下来，形成了现在的地磁场。这种假说又分“单圆盘发电机假说”(不能解释地磁场反转问题)、“非稳定发电机假说”、“双圆盘发电机假说”
20世纪60年代后期，科学家发现布拉德过程是不稳定的。“自激发电机说”因此陷入了危机。1970年，利利(F.E.M.Lilley)修正了布拉德过程的运动模式，才使得稳定的“自激发电机说”再度有了可能。
20世纪60年代，古地磁学的数据肯定了地磁场在漫长的地质时期经历了多次倒转的事实，地磁场极性的正向与反向的历史并没有显示出哪种极性更具有特殊性。这是除“自激发电机说”以外，其他地磁成因的假说都难以解释的。
“自激发电机”假说要求行星的核心物质呈液态。水星磁场和地球磁场相似，科学家观测和研究的结果表明，水星内部可能是固体，不可能通过“自激发电机”效应来产生磁场。这让相信发电机假说的科学家心里很不踏实。
发电机假说面临的更大难题是“发电机”的能量来源。若地核中产生的地磁场被激发后自由衰减，其衰减寿命约为104年(一万年)。古地磁学测到的最古老的磁性岩石年龄接近109年(十亿年)，说明地磁场的寿命远远超出它的自由衰减寿命。为维持长寿命的地磁场，必须不断提供能量以补偿焦耳热损耗。地核中的能量来源，以及提供的能量维持怎样的运动才能获得长时间稳定的地磁场，是发电机假说还不能回答的两个基本问题。
有人尝试用外核中液态物质的热对流、物质分异、放射性蜕变、核幔自转轴向运动差异等来解释，仍然不能得到令人满意的结论。
§4磁场的形成原因及实验 ***
深入探讨行星磁场形成的各种可能，再重申前面各章节的概要。这样就会一个合理的磁场成因解决方案很清晰地摆在我们的面前。
1、现代的许多科学家的都认为，地球磁场的驱动能量只有来自太阳。如果假设地球是放置在没有恒星的环境当中形成并运行的，那么地球将不会有地磁场存在。所以形成现在这样的地磁场的能量最终只能来源于太阳的作用。（第六章）
2、地球在逐渐形成之后，地球上的自然现象大多都受到太阳的影响。太阳影响地球的主要因素有三，之一是引力、第二是太阳光、第三就是太阳风了。（之一章）
3、太阳风携带着巨大能量是不容置疑的，当它作用在地球磁层上时，它主要的接触范围还是作用在磁层的磁力线上。离子流对磁力线的作用和反作用说明太阳风的能量传递到地球磁力线。（第六章）
4、地球的结构是由七大圈层构成的，它们是：地球外圈的四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈的三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。水圈和岩石圈、外核液体圈和固体内核圈都是导电体组成的圈层。（之一章）
5、地球磁场应该和地核的运动没有太大的关系。也就是说，地磁场与地球的中心无关！（第二章）
6、地球外壳带有电荷，雷电现象说明了电荷在地球赤道附近的电量更大，随着纬度的增加，电量越来越小。地壳中的电与地磁场相关。雷电现象和地壳带电相互印证。（第二章）
7、地壳电流在赤道上形成一个闭合回路，在赤道附近的电流更大，随着纬度的增加，电流量越来越小；在地层断面上的中心电流层是个向地心变弱的梯度电流层；中心电流层随着地质电阻的变化而变化的；而且是一个上下起伏的波动电导层。（第四章）
8、地球的地壳有一层很好的导电层。磁力线是从北极穿入地球沿着地壳运行的，然后再从地球南极穿出返回磁层。磁力线作用在地壳导体上，是其中自由电子的定向移动积累正、负电荷而产生电势差——地磁场感应电动势。（第七章）
9、磁生电的本质是磁生磁（一种磁场生成另一种磁场）。地球磁场就是这个过程，只是转换过程的导体不是良好均质的，所以产生了偶极子磁场和非偶极子磁场。（第七章）
依据以上概要原则，我们将地球磁场的形成机理定义如下：
在带电粒子流的作用下（太阳风），导电体上将会带电。人造卫星在太阳系空间的运行足以证明这一点,太阳风的作用将会烧坏卫星的电子设备。
带电粒子流作用在闭合运动导体上时，闭合运动导体内将有电流流动，闭合运动导体周围会有磁场产生；当磁场磁层形成后，带电粒子流是作用在磁层上的。带电粒子流作用在磁层上，使磁层驱动闭合运动导体内的电流循环，电流再产生磁场磁层，以致循环成磁层系统。
我们先把以上定义的地球磁场形成机制的名称叫做：“离子作用导电体磁场形成理论”，简称“离子作用导电磁场” 理论。
首先假设，理想闭合运动导体（比如：环形、球形、薄壁管柱型、薄壁球形等规则几何形状）的导电率是均匀的。它的自转轴正交于带电粒子流的作用方向时，它产生的磁层是更大的偶极磁场。磁场强度与带电粒子流强度、导体电导率和导体自转速度正相关（与导体自转速度不是线性相关）。它的偶极磁场的形态符合麦克斯韦方程组的描述，偶极磁场极轴重合于自转轴。
当带电粒子流的作用方向不能正交于导体的自转轴时，偶极磁场的极轴应该在导体自转轴和带电粒子流的切线方向轴的之间；一般来看，偶极磁场极轴是导体自转轴和带电粒子流的切线方向轴夹角的一半。当导体自转速度变快时，磁场的极轴会偏向导体自转轴；当带电粒子流变得强烈时，磁场的极轴会偏向带电粒子流的切线方向轴。
实际上偶极磁场极轴的两个极点，通常并不是理论上的两个点，它在像地球这样大的导体磁场上，它们是个面。影响其两个极点变动的因素还有导体电阻的不均匀性，导体电阻的不均匀会使磁轴偏离偶极磁场极轴的极点；偶极磁场的强度变弱，会使场极轴的极点变宽大。
导体偶极磁场的磁矩方向，取决于导体的转动方向和导体内的电流情况，导体内的电流情况也就是导体内的磁力线联状况。薄壁球形（地球）自转导体遵循左手定则，球型（木星）自转导体遵循右手定则。但是，这里的问题并不像安培定则那样简单，人类需要经过实验才可以理解这里面的实际关系。
带电粒子流作用在闭合运动导体上都会产生磁层，导体偶极磁场和磁层的关系也非常复杂。带电粒子流的波动和导体的变化都会给生活在其中的弱小人类带来意想不到后果。所以通过实验来理解地球磁场也就变得非常必要。
“离子作用导电磁场” 理论需要经过反复试验验证，才可以得到可以信赖的数据。从以上的章节我们可以看到，地球磁场对于我们人类生存是多么的重要。有了可以相信的数据，我们才能知道，我们应该干些什么？还有什么我们人类不可以去做。地球磁场的试验模型方案有三种：
1、空间实验法 将设计、制造好的导体模型送到有太阳风的行星际空间中去，并使它旋转运行，用安置好的设备测量它的各点数据。这种实验 *** 造价高，数据取得较困难；但是它可以符合地磁场的实际空间情况。
2、离子束射击法 用粒子加速器，将加速的电子或者核子打在旋转设计好的导体上。在20世纪初，贝尔克兰德为证实太阳微粒流造成的极光，在实验室用电子束射击具有偶极子磁场的金属球来获得类似地球极光。后来许多人，多次进行过类似的实验，也都得到了人造极光。但是，这里的人造极光并不是当时的理论：离子束和空气相互作用的结果，而是离子束和磁场相互作用产生的。
采用此种 *** ，所设计的导体模型不能太大，可能还要设计和建造专门的粒子加速器。
3、放射性元素射击法 采用放射性元素照射在设计好的运动导电体上，取得数据。这种试验 *** 的成本较低，只是污染严重，对实验人有伤害。
§5“离子作用导电磁场” 理论对行星磁场的探讨
利用“离子作用导电磁场” 理论再次分析各个行星的磁场状态，使我们对“离子作用导电磁场” 理论有更为深刻地理解。
金星金星有浓密的导电大气和不太导电的壳，它相对于太阳风的方向几乎没有什么相对转动。所以金星就像一块不运动的导电体放置在太阳风之下，面向太阳风的金星表面，有极微弱的磁场，有时极具导电的云会有放电现象（雷电）。金星几乎不具有磁场磁层的层次，只是一个扰乱太阳风的球体。
水星水星自转相对于强烈的太阳风场显得很慢，它的表面岩石中的含铁量很高，应该具有一定的导电性。所以水星有一个较弱的磁场，它的磁层很小，磁尾相对也非常短；但是它的磁场系统很完整，几乎都是偶极磁场的表达。它的核与星体体积的比较显得很大（就太阳系的其它行星而言），但是温度相对较低，岩浆已经不具有流动性，相关“自激发电机”磁场假说，已经无法理解水星磁场。
火星火星的表面导电率非常弱，不过它有一个很好的自转速度。所以它还能形成一个磁场系统，只是它形成的磁场已经是非常地弱小。它的两个磁极点也很不稳定，实测时都可能根本无法找到，依据火星赤道表面电阻的分布情况，磁场覆盖在火星赤道附近不到40%的火星表面积上。在演化的过程当中，以前的火星如果有水存在于它的表面时，和地球一样火星会有一个非常不错的磁场。
火星自转的极轴与黄道面的夹角和地球是相差不多的，所以设想的火星偶极磁场极轴和地球的偶极磁场极轴夹角也是相差不多的。
木星木星是太阳系更大的行星，也是自转速度最快的行星，它的磁层边缘和太阳风相互作用速度也是最壮观的行星。它的气体层导电，它的更深层次的液态氢更是良好的导电体。所以木星的磁场强度在太阳系的行星里是最强的，它的磁层尾甚至能拖过土星的轨道。加上它的几颗大的卫星都在它的磁层里面，行星和卫星在磁场内相互作用和相互影响，所以木星的磁层系统是太阳系里最有趣的行星磁层。
土星 土星的情况和木星差不多，只是它的规模比木星小一些而已。它们的区别在于，土星的岩浆核比木星的小得多了，它的自转轴几乎垂直于黄道平面，所以它的磁极轴几乎和自转轴重合。“自激发电机”的磁场假说，在土星是完全没有可能的。
天王星 天王星的自转速度和星表导电率对于形成天王星磁场都没有问题。只是它的自转轴几乎是躺在黄道面上运行滴，这样天王星的磁极轴和自转轴应该有个 45°左右的夹角；受天王星相对太阳位置的变换和天王星地壳电阻的变化，天王星的两个磁极点经常会变换位置。更大磁场强度的位置应该在面向太阳风的极点区域里。
海王星海王星的状态和天王星相似，它的磁层状态也和天王星相差无几。只是海王星自转轴不像天王星歪倒的那么厉害，所以海王星的磁极轴相对自传轴的夹角就来的小一些而已。
月球月球是地球的卫星，它的体积较大，可以看成地球的姊妹星。它的外壳和太阳风有不太大的相对运动，但是它的外壳不导电，不能形成月球外壳的导电环路，所以月球几乎没有磁场。不过，在月球月海里面的岩石里含铁量较高，具有导电性，所以能看到微弱的放电现象。如果月亮以前有水的话，月球也应该有它自己的磁场。
“离子作用导电磁场” 理论可以很好的解释行星的磁层现状，反过来我们再看“自激发电机”假说对行星解释的相对困难。
用“自激发电机”假说看待土星，土星不可能有磁场存在。因为土星的溶岩核非常小，几乎没有，它形成的磁场不可能穿透巨大土星的液态氢层，去形成强大的土星磁场。
用“自激发电机”假说去看天王星磁场，天王星内核发电机的轴是躺着运行的，它不可能得到 45°左右的磁极轴夹角，而且还要有一个变换着的极轴，“自激发电机”假说很难对付这种状况。
一个好的物理理论，不是要去到处寻找各类所谓的证明实例。寻找所谓的证明实例去证明一个自认为正确的理论非常容易，因为你可以任意牵强，再加上你的声誉和技巧，那简直就可以是变魔术了。这种魔术可以在舞台上表演，也可以在现实生活中去演绎。
正确的物理理论应该是自洽的，它在你处理相关的一些未知自然现象时，它都会显得特别贴切；至少应该在你已知的知识范围之内是这样。除了我们谈论的物理理论之外，其他的许多理论也应该有同样的道理。
§6“离子作用导电磁场” 理论对太阳黑子的探索
太阳黑子（sunspot）是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象。一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500摄氏度。因为它比太阳的光球层表面温度要低，所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动。常常成群出现。
一个发展完全的黑子由较暗的核和周围较亮的部分构成，中间凹陷大约500千米。黑子经常成对或成群出现，其中由两个主要的黑子组成的居多。位于西面的叫做“前导黑子”，位于东面的叫做“后随黑子”。一般小黑子大约有1000千米，而一些大黑子则可达20万千米。
太阳黑子由暗黑的本影和在其周围的半影组成，形状变化很大，最小的黑子直径只有几百公里，没有半影，而更大的黑子直径比地球的直径还大几倍。太阳黑子是由于周围明亮光球背景的反衬才显的暗黑，实际上它们的温度最少有3800K，比融化的钨还亮热。黑子的重要特性是它们的磁场强度，黑子越大，磁场强度越高，大黑子的磁场强度可达0.4特斯拉。
几乎所有的黑子都分布在±8°～±45°的纬度范围内，多数出现在±30°附近。太阳活动剧烈时，它往往出现在±15°处之内，并逐步向低纬度区移动，在±8°处消失。黑子有很强的磁场，本影中心场强约0.2～0.4特斯拉，在半影与太阳光球的边界附近逐渐减少至 0.1～0.15特斯拉，面积越大的黑子磁场越强。黑子的寿命长短不一，短的只有几小时，少数长的可超过一年，平均寿命为1～2个月。日面上黑子的面积和黑子数的多寡在时间上呈现周期性变化，平均周期为 11.2 年，人们用它作为太阳活动变化的定量标志。大黑子群出现后，往往会引起一系列地球物理效应，对国民经济产生重大影响。中国早在汉河平元年（公元前28）就有黑子观测记录，比国外早1000多年。关于黑子的起源和本质，虽有多种模型，但还没有肯定的结论。
太阳黑子的形成与太阳的自转活动有着密切的关系。但是它到底是如何生成并发展扩大，天文学家对这个问题到现在还没有找到确切的答案。“离子作用导电磁场” 理论可以对太阳黑子的生成给出一个较好的解释：
对于太阳黑子区相对太阳的其它地区是个较为安静（更大时中间凹陷大约500千米）和温度（经常低2000摄氏度，占30%）较低的区域，其它地区的强大的各类带电粒子流就会奔向黑子区域；强大粒子流激发了黑子涡旋流的环形闭合导电环路，使其中导体内形成的电流产生了磁场。强大的磁场形成一个环形磁层，环形磁层又阻止了粒子流的进入，并相互作用。因为带电粒子流不能进入黑子区，使太阳黑子区域变得比之前更加黑暗；相互作用使磁场再次变得更为强大。以次循环，所以太阳上的这种黑子现象有时能够保持一年以上的时间，直到太阳上的其它液态氢流破坏了黑子的导电环流，黑子才渐渐散去。
在太阳上的每个层面上，如果形成一个温度相差在30%的区域，这是很难办到的事。因为在光球上，温度都在6000摄氏度环境下，所有物质都会变成流动性很好的流质。它们几乎都在沸腾着，若有一点温度差，它们都会很快被平衡掉，黑子生成理论的困难也在于此。就像在太阳上要放置了一台冰箱，你要把黑子里面的热能量取出来才行。在热力学的理论中，这种现象是不能发生的，除非你用一台大的制冷设备来抽。但是对流层，光球和色球的能量都是来自太阳核的核聚变，自闭自激励的磁场包围了黑子，太阳核的加热粒子能量传不到黑子的里面来，所以黑子里面的温度就慢慢的降低了；黑子必须有太阳色球表面露头，要有能量辐射出去，温度才能降低下来。
关于太阳黑子涡旋流的形成机制，不是本书的讨论范围，在这里不再赘述。不过形成黑子涡旋流的解释并不困难。
有时候这种带电离子粒子流和黑子磁场的相互作用会逐步升级，变得非常剧烈。在一大群形态复杂的黑子群附近，可以看到一大片明亮的闪光发射出极耀眼的光芒。这片光芒掠过黑子群（光携带的能量毕竟少，不如核离子的高速运动），亮度缓慢减弱，直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。
由于有时耀斑特别强大，在白光中也可以见到，所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是极罕见的，它仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现。耀斑一般只存在几分钟，个别耀斑能长达几小时。在耀斑出现时要释放出大量的能量。一个特大的耀斑释放的总能量高达1026焦耳，相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。
1859年9月1日，英国人卡林顿在观察太阳黑子时，用肉眼首先发现了太阳耀斑。第二天，地磁台记录到 700纳特的强磁暴。这个偶然的发现和巧合，使人们认识到磁暴与太阳耀斑有关。还发现磁暴时地球极光也显得十分活跃。
我们称全球性的强烈地磁场扰动为“磁暴”。太阳的强烈耀斑形成的强烈磁扰动“太阳磁暴”，它会影响整个太阳系的磁场平衡。
§7“离子作用导电磁场” 理论对地球磁场的讨论
与公众理解的条形磁铁那样简单的磁性不同，地球磁场的磁性其实复杂得多。科学家们现在已经根据卫星观测结果，测绘出了地球磁场的主要分布图。其中一个重要的发现是，地球的磁场并不是均匀分布的。地球的大部分磁场仅源于地面以下——地幔边界四个宽广的区域。他们发现，磁极磁场的大部分强度主要来源于北美洲、西伯利亚和南极洲沿海之下。
不仅如此，在详细绘制出地球磁场分布图之后，科学家们还发现了存在磁场反向通量的地域。其中更大的一块位于南半球，非洲南端以下向西一直延伸到南美洲南端。在这些存在磁场反向通量的区域，地磁的磁性与通常相反。例如，南半球大部分区域磁性的指向是由内而外，而在这些存在磁场反向通量区域，磁性是由外向内指向。
依据“离子作用导电磁场”的理论，被太阳风激励的磁层外围磁力线携带着太阳风的能量，从地球北极极光椭圆带部位进入地壳并驱动自己转着的地壳导线内的电流。由于地球自转的作用，地球赤道是地壳导电体的电流中心，地球赤道环路的电导率有着很大的差异。磁力线经过导体内侧再从南磁极流出与磁层磁力线闭合。
从前面我们知道有：1、地球偶极磁场的磁轴；2、导体自转轴既地球自转轴；3、带电粒子流的切线方向轴，就是太阳风垂直切面相对地球圆垂直黄道面的中心线。
带电粒子流的切线方向轴与地球自转轴的交角是23°26′，也就是与天文学常说的黄赤交角相等；带电粒子流的切线方向轴相对于太阳，它的角度是不变的。地球自转轴相对于太阳位置不同它的角度是变化的，这个变化在一年当中是画了个圆。黄赤交角是地球上秋、冬、春、夏的原因，在地磁上也是北半球夏季才有雷电的原因。
地球偶极磁场的磁轴在以上叙述的两轴之间，在一年当中它也是画了一个圆。在一般情况下这个夹角应该是23°26′的一半，只是地球自转来的强劲些，所以地球偶极磁场的磁轴偏向地球自转轴，仅有11.3°。火星的情况更是这样，火星黄赤交角与地球相近 23°59′，但是火星的偶极轴和自转轴夹角就更小一些，只有 11°。
从前一章中我们知道，磁能生电，电能生磁。磁生电的本质是磁生磁（一种磁场生成另外一种磁场）。地球磁场就是这样一个转换过程，我们用一种磁场转换成另外一种磁场的理念来考虑地球磁场：太阳风激励的地球磁层的磁场经地球地壳赤道环电流生成的地磁场，它的现状完全依赖于地壳赤道环导电体的实际状况。
地壳赤道环导电体，也就是地球赤道地壳的导电率决定了地磁场的实际状况。地壳的主要物质是二氧化硅，它的导电率实际上是较差的，不过有了水圈的参与，地壳变成了非常良好的导体。地球赤道地壳的导电率的不均匀性，导致产生了偶极子磁场和非偶极子磁场。
太平洋是地球上更大的水体，偶极子磁场和非偶极子磁场叠加后的实际南北磁极相对地球中心是一条折线，这样地球的磁南北极在地球表面点就有一条最短连线，这条最短连线应该纵穿太平洋。
地球磁场的能量来自太阳风，所以地磁有周年的变化周期。由于太阳风的驱动，太阳风作用于地球磁场，地球的近日点与远日点因为受太阳风的磁压力不同，故有地磁场的周年强弱变化周期。前面都谈过，太阳上有一点磁变化都会对地球磁场产生影响。
由于地球地壳大陆上的变化，特别是全球陆地的干旱不断扩大，大陆地阻渐渐地提高，使百多年来地球磁场减弱了将近百分之十。
最近几年来，世界科学界对地球磁场颠倒现象炒作的沸沸扬扬，一些科学家声称，一旦发生地磁场颠倒将会对人类产生灾难性的影响。还有科学家认为地球从生成到现在已经发生过上百次的极性翻转过程。在翻转过程中的零磁力后果，突显灾难性的变迁。在地球零磁力下所有动物，包括人类的免疫系统将大为降低；地球的外壳会发生更多的火山喷发，地震，泥石流等现象；地球磁气圈将被扰乱，来自太阳的宇宙辐射就会增大，最终可能对人类造成辐射性灾难；一些小行星将朝地球方向飞来；地球的重力也会发生奇怪变化。
还有科学家探讨出了，地球完成一次磁场翻转究竟需要多长时间，他们出版的一项研究指出，地磁场颠倒一次大约需要7000年。在最晚近的78万年里，地球在间隔较长的时间段里不规律地发生南北磁极对调的现象。可能导致流动方向的180度旋转，从而使地磁场发生颠倒。没有人知道地球磁场的颠倒究竟会对地球生命产生怎样的重大影响，但是很多人会想到世界末日。还有人预言，地球与太阳在2012年都会进入一个磁极颠倒的过程。而上次发生同等现象的时间是在恐龙消失时。这一现象导致的最坏结果将让地球磁场的磁力为零高斯。如果此时再遇上周期为11年的太阳两极磁场颠倒，地球上可能引发一系列的混乱事件。
“离子作用导电磁场”的理论认为，当地球形成之后，就不会有磁场翻转事件发生，因为就在地壳导电层的上下就有正反两种磁力线的存在。当岩石冷却到居里温度以下时，它可以在地壳导电层上方，这时它的剩磁就是正向的。当它冷却时是在地壳导电层下方，那它的剩磁就是反方向的。岩石冷却的位置是可以上下浮动的。地壳导电层在地球演化过程当中，它也是可以浮动的。岩石冷却的位置和地壳导电层的浮动规律是受地球演化的因素决定的。
本章重点概要
（一）在带电粒子流的作用下，导电体上将会带电。人造卫星在太阳系空间的运行足以证明这一点，太阳风的作用将会烧坏卫星的电子设备。
（二）带电粒子流作用在闭合运动导体上时，闭合运动导体内将有电流流动，闭合运动导体周围会有磁场产生；当磁场磁层形成后，带电粒子流是作用在磁层上的。带电粒子流作用在磁层上，使磁层驱动闭合运动导体内的电流循环，电流再产生磁场磁层，以致循环成磁层系统。
（三）理想闭合运动导体的导电率是均匀的。它的自转轴正交于带电粒子流的作用方向时，它产生的磁层是更大的偶极磁场。磁场强度与带电粒子流强度、导体电导率和导体自转速度正相关。它的偶极磁场的符合麦克斯韦方程组的描述。偶极磁场极轴重合于自转轴。
（四）当带电粒子流的作用方向不能正交于导体的自转轴时，偶极磁场的极轴应该在导体自转轴和带电粒子流的切线方向轴的之间；一般来看，偶极磁场极轴是导体自转轴和带电粒子流的切线方向轴夹角的一半。
（五）导体偶极磁场的磁矩方向，取决于导体的转动方向和导体内的电流情况，导体内的电流情况也就是导体内的磁力线联状况。薄壁球形（地球）自转导体遵循左手定则，球型（木星）自转导体遵循右手定则。
（六）地球磁场的试验模型方案有三种，最主要的是将设计好的导体模型送到有太阳风的空间中去，使它旋转运行，再测量它的各点磁场数据。
（七）太阳黑子区相对太阳的其它地区较为安静和温度较低，其它地区的强大的带电粒子流就会奔向黑子区域；强大粒子流激发了黑子涡旋流的环形闭合导电环路，使其中导体内形成的电流并产生磁场。强大的磁场形成一个环形磁层，环形磁层又阻止粒子流的进入，并相互作用。因为带电粒子流不能进入黑子区，使太阳黑子区域变得比之前更加黑暗；相互作用使磁场再次变得更为强大。
（八）被太阳风激励的磁层外围磁力线携带着太阳风的能量，从地球北极部位进入地壳并驱动自己转着的地壳导线内的电流。由于地球自转的作用，地球赤道是地壳导电体的电流中心，地球赤道环路的电导率有着很大的差异。磁力线经过导体内侧再从南磁极流出与磁层磁力线闭合。
（九）磁能生电，电能生磁。磁生电的本质是磁生磁。地球磁场就是这样一个转换过程，我们用一种磁场转换成另外一种磁场的理念来考虑地球磁场：太阳风激励的地球磁层的磁场经地球赤道环电流生成的地球磁场，它的现状完全依赖于地球赤道环导电体的实际状况。
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