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行星磁场强度和自转速度具有很好的相关性,地磁场可能真与自转有关。
《Science》杂志在他们搞125周年店庆时,公布了125个具挑战性的科学问题,其中第54项是,地球磁场倒转的原因是什么。有点烧脑。
今天在微信群里,有人又在叨叨磁场这档子事儿,说可能与自转有关。于是我搜集了一些资料,画了一张图,为太阳系各大行星的磁场强度与自转速度的关系,感觉好象是真的。如下图所示,X轴为自转一圈所需要的时间,单位为小时,数值越小越快,越大越慢;纵坐标为相对于地球的磁场强度,以地球磁场强度为1记。地球的磁场为50-60微特(0.5-0.6高斯)。
从图中可以看到,木星Jupiter自转一圈仅需9.8小时,其磁场强度是最高的,达到地球的50-100倍;其次是土星Saturn自转需10.23小时,磁场强度为地球的17-34倍;再次是最远的海王星Neptune、天王星Uranus自转分别为16.11小时、17.23小时,磁场强度为地球的4-8倍和3-6倍,和自转速度严格对应,没有例外。而水星自转一圈需1407.6小时,磁场为地球的0.07-0.0127倍,最慢的金星,需5832小时,则磁场强度是地球的千分之一。
还有一些事例,可以印证自转速度与磁场强度大小的相关性,如脉冲星 - 高速自转的中子星,自转相当快,可以达到每秒1000转,高速自转使磁场强度可达10^7-10^14特斯拉(地磁场才0.00005-0.00006特斯拉);若不转呢,如月球,因没有自转(绕地球公转不算),磁场直接为0,就没有磁场,因数值太大或太小,就示意性地画在下面的图中,但右侧应很远;脉冲星也示意在图中,但实际很靠近0-向左和很大-向上。
图1 行星自转周期与磁场强度的关系曲线图
没有例外,唯独火星有点儿坑爹,它转得比地球略慢一滴丁儿,但磁场却只有地球的10%,但还好,和地球比,还是慢一点点,也就是说,没有例外!
看来,磁场的奥秘或许能解开。木星很大,号称气体星球,深部也估计有铁,和熔融状态的物质,和地球一样,只要有熔融状态的物质,在分异和运动过程中,就会有游离电子,电子在随行星自转时,必然会产生磁场。所以,有希望破解百(万)古难题。
后记1:当我发出此博文后,网友Henry给我秀出了一个2018年9月1日知乎网上的一篇网文“天体磁场是怎样产生的?其强度与什么有关?比如地球的磁场情况”,作者叫“治国评天下”。其主要观点是,地球的磁场就是地球的自转所致,就是根源于地球自转。是地球内部跟着地球自转的带电粒子分布的部分有序化,产生了我们地球的磁场。归结于自转我赞同,但带电粒子的有序化,需要研究研究。
后记2:再仔细地分析了一下,好象和质量关系也较大,于是用质量除以周期的数值,和磁场数据,在双对数坐标上标了一下,居然是直线,于是拟合了一个公式。磁场相对强度H与行星的相对质量m和自转周期T有如下近似关系,H=6.3x(m/T)^0.65:
所使用的数据如下表所示,最后一列为上面公式的模拟结果,虽有些误差,但足以说明这种相关性。如地球本应为1,但拟合得到0.32, 数量级基本正确;月球应为0。
上面是图片,如下面多行可以复制:
行星 自转时间T 相对磁场强度H 相对质量m
水星Mercury 1407.6 0.007 0.055
金星Venus 5832 0.001 0.817
地球Earth 23.9333 1 1
火星Mars 24.616667 0.1 0.11
木星Jupiter 9.841667 50 317.94
土星Saturn 10.23333 17 95.18
天王星Uranus 17.23333 3 14.63
海王星Neptune 16.116667 4 17.22
月球Moon 100000 0.0001 0.0125
之后又陆续找到一些前人的讨论,列于参考文献中。
参考文献
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2. wencai159000, 地球磁场翻转的真相(五),2020.07.18.
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4. 天文在线.“昏昏默默”般的磁场是如何产生的?为什么几乎每个星球都有磁场, 2019.01.02.
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