行星磁場(chǎng)起源
摘 要：本文針對地球本身以及其所處空間環(huán)境進(jìn)行系統分析，發(fā)現了空間等離子體環(huán)流形成地球磁場(chǎng)的物理機制，并且能夠很好的解釋其磁場(chǎng)的變化規律。同時(shí)這一理論分析模式還能夠很好的擴展到其他行星，彌補了現有的行星磁場(chǎng)起源理論的不足。
關(guān)鍵詞：行星磁場(chǎng)；地磁學(xué)；等離子體環(huán)流；水星；金星；火星
The Origin of Planetary Magnetic Field
Wang Liwei
Dalian Linton Technologies Group 116036, China
Abstract: based on the systematic analysis of the earth itself and its space environment, this paper finds the physical mechanism of the formation of the earths magnetic field by the space plasma circulation, which can well explain the change rule of its magnetic field. At the same time, this theoretical analysis model can also be well extended to other planets, making up for the shortcomings of the existing theory of the origin of planetary magnetic field.
Key words: planetary magnetic field; Geomagnetism; Plasma circulation;Mercury; Venus; Mars
目前比較主流的行星磁場(chǎng)起源理論認為行星磁場(chǎng)起源于行星內部。主要是傳統的永磁體假說(shuō)和內部恒定電流說(shuō)，但這兩種假說(shuō)均存在明顯的漏洞，不符合物理學(xué)基本原理，無(wú)法很好解釋實(shí)際情況。因此，經(jīng)過(guò)長(cháng)期的思考與研究，作者針對地磁場(chǎng)形成機制進(jìn)行了系統并深入本質(zhì)的思考，提出了地磁場(chǎng)形成的機制，并與地磁場(chǎng)變化規律相吻合，同時(shí)還能夠擴展到其他行星。
1地磁場(chǎng)成因
傳統永磁體假說(shuō)認為地球內部存在巨大的鐵鎳永磁體核心并產(chǎn)生了行星磁場(chǎng)。這個(gè)假說(shuō)有明顯漏洞，因為地球內核溫度在3500℃以上，遠高于鐵磁性物質(zhì)的居里溫度，如鐵磁金屬Fe、Co、Ni、Gd、Er的居里溫度分別為770℃、1130℃、358℃、16℃、-251℃，常見(jiàn)鐵磁體如鐵氧體、釹鐵硼、鋁鎳鈷、釤鈷、鐵鉻鈷的居里溫度分別為 465℃、320℃-460℃、800℃、700-800℃、680℃?？梢?jiàn)地核中的鐵鎳核心在高溫下已經(jīng)沒(méi)有鐵磁性，因此鐵鎳核心不能夠為整個(gè)地球提供磁場(chǎng)。另外地幔溫度也在1100℃以上，地幔中可能存在的鐵磁體也已經(jīng)喪失了鐵磁性。
內部恒定電流假說(shuō)認為地球內部存在熔體對流發(fā)電機制產(chǎn)生穩定電流并產(chǎn)生磁場(chǎng)，而要想產(chǎn)生穩定的電流需要穩定的電壓，但在宏觀(guān)尺度上整個(gè)地球可以看做一個(gè)導體球，因此地球是一個(gè)巨大的等勢體。高溫的地球內核更是一個(gè)電導率更良好的等勢體，而等勢體內部的任何對流機制都不可能產(chǎn)生穩定而又持續的電勢差，因此就不可能產(chǎn)生穩定的電流從而產(chǎn)生穩定的磁場(chǎng)將地球磁化，因此這一假說(shuō)也是不成立的。
國內有學(xué)者提出行星磁場(chǎng)來(lái)源于兩極的極地渦旋產(chǎn)生螺旋電流造成[1]，但這一解釋不符合物理常識，因為低層的大氣渦旋的主體是電中性的，所以并不會(huì )產(chǎn)生電流，因此無(wú)法產(chǎn)生磁場(chǎng)。還有觀(guān)點(diǎn)認為，太陽(yáng)輻射導致大氣中的云層帶電并出現電荷分布，同時(shí)云層隨地球自轉而產(chǎn)生磁場(chǎng)[2]，但明顯這個(gè)解釋過(guò)于牽強，因為云層分布具有極大的不確定性，并且云層中的電荷分布的尺度從地球空間角度來(lái)看還是很小，并不足以在地球這么大的尺度上產(chǎn)生持續而又穩定的電流。
本文提出一種最為合理的解釋?zhuān)吹卮艌?chǎng)是由地球最外層——逃逸層內層與電離層中存在的自西向東高速運動(dòng)的等離子體環(huán)流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，同時(shí)由于高空電離層的存在而在地表所感應出的電偶極子隨地球自轉產(chǎn)生的磁場(chǎng)兩者相耦合，并將地球整體磁化并最終形成我們現在所看到的地磁場(chǎng)分布。下面我們解釋其中物理機制。
地球在太陽(yáng)系內公轉的過(guò)程中，一方面不斷的捕獲太陽(yáng)風(fēng)向外發(fā)射出的氫離子等物質(zhì)，另一方面也會(huì )有極少部分外層大氣被太陽(yáng)風(fēng)帶走，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。我們可以通過(guò)分析地球捕獲太陽(yáng)風(fēng)離子的過(guò)程從而理解為何地球最外層大氣存在著(zhù)自西向東的環(huán)流。
圖1，日地運行示意圖
如上圖所示，太陽(yáng)風(fēng)從太陽(yáng)系的中心向四面八方傳播，高速運動(dòng)的太陽(yáng)風(fēng)將地球向著(zhù)太陽(yáng)的一面大氣層壓縮，而背對太陽(yáng)的一面的大氣層被拉的很長(cháng)。當靠近地球的太陽(yáng)風(fēng)離子被地球引力捕獲時(shí)，這些離子需要在地球的引力的加速下獲得與地球運動(dòng)方向相同的切向速度（地球也獲得了太陽(yáng)風(fēng)以及太陽(yáng)光作用在地球上的徑向推力，這個(gè)推力與地球引力捕獲太陽(yáng)風(fēng)離子所產(chǎn)生的阻力兩者之間形成微妙的動(dòng)態(tài)平衡，使得地球公轉軌道保持穩定），這造成地球最外層大氣的質(zhì)心相對于地球本身具有一個(gè)位置滯后，使得地球運動(dòng)前方一側的大氣層的厚度小于背對其運動(dòng)方向的另一面的運動(dòng)速度。因此這樣就形成了在地球公轉方向上，地球前方的太陽(yáng)風(fēng)迎風(fēng)面積小于后方，而太陽(yáng)風(fēng)不斷的作用在大氣層上，就造成了一個(gè)逆時(shí)針的持續穩定的驅動(dòng)力使得最外層空間大氣存在自西向東的環(huán)流，而由于最外層主要是及其稀薄的帶正電荷的空間離子，因此這個(gè)與黃道平面平行的環(huán)流就形成了地球的外層空間磁場(chǎng)，這個(gè)環(huán)流在其內部產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是由南向北的，而在其外部的空間范圍中的磁場(chǎng)方向是由北向南。
同時(shí)這個(gè)大氣外層環(huán)流還將力量傳遞給內層大氣并作用于地球本體上，于是就產(chǎn)生地球自西向東自轉的驅動(dòng)力，使得地球自轉并加速，這個(gè)加速效果與地月潮汐作用的減速效果達到動(dòng)態(tài)平衡，并且在地球兩極還會(huì )產(chǎn)生穩定的極地大氣渦旋。同時(shí)由于最外層大氣帶正電的電離層的存在，地球的陸地表面將產(chǎn)生感應負電荷，并且在陸地內表層產(chǎn)生相應的并且較為分散的且空間分布固定的感應正電荷，空間分布固定的原因是由于陸地可視為一個(gè)表層導電性能較差而深處導電性能較好的導體球，產(chǎn)生的感應電荷是為了抵消外部電場(chǎng)作用，使地球的內部電勢差保持為零。這些地球表面的感應負電荷隨著(zhù)地球的自轉會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與地球南北極相反的磁場(chǎng)并主導地表磁場(chǎng)，與此同時(shí)地球內表層的感應正電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)與負電荷相反并主導地球內表層磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)將產(chǎn)生耦合，即相當于在地球大地表層分布的垂直方向上的電偶極子隨著(zhù)地球做軸向旋轉而產(chǎn)生的的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)主導地表磁場(chǎng)分布并與高空離子環(huán)流磁場(chǎng)耦合形成閉合場(chǎng)。
另外由于地球大陸只占總表面積的29%，并且大陸面積中還存在很多復雜的地形如森林、沙漠、草地等等，地表植被具有復雜的立體結構，這相比于裸露的地表，會(huì )大幅度的增強地表感應電荷總量從而提高表層地殼中的感應電偶極子強度，從而隨著(zhù)地球自轉使得相應的地表磁場(chǎng)得到增強，同時(shí)還有雨雪干旱、閃電放電等天氣現象會(huì )不斷的改變這些地表的感應電荷存量。另外海洋中的主要成分水與食鹽都是抗磁性物質(zhì)，而大地中主要是順磁性物質(zhì)，并且存在鐵磁礦等強鐵磁性物質(zhì)，所以造成地表磁場(chǎng)強度變化莫測，使得我們長(cháng)期難以看清其物理本質(zhì)。
圖2，地球電荷及磁場(chǎng)分布示意圖
綜上所述，如圖2所示，地球大氣最外層與黃道平面平行的高空等離子體環(huán)流在大氣層最外側產(chǎn)生高空磁場(chǎng)，主導地球大氣層外層空間磁場(chǎng)，同時(shí)高空等離子層在地表感應電偶極子，并在地球自轉作用下產(chǎn)生與地球南北極相反的磁場(chǎng)，主導地表磁場(chǎng)。同時(shí)地表磁場(chǎng)對地球外層的低溫球殼進(jìn)行磁化并增強了地表磁場(chǎng)。這就是地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的機理。
根據以上磁場(chǎng)理論模型，我們還可以知道，當地表感應負電荷由于雷雨、地震、火山爆發(fā)、冰川覆蓋等原因導致大地植被減少或增加等現象而使表面感應負電荷存量發(fā)生變化時(shí)，大地的極化強度就隨之發(fā)生變化，該區域地表的磁場(chǎng)總強度也隨之發(fā)生相應的變化，所造成的區域電場(chǎng)強度變化也會(huì )影響這一地區的高空電離層大氣的形狀。與此同時(shí)，地球內表層大地中的正電荷也隨之減少或者增加，如果變化過(guò)程是瞬時(shí)的，那么大地之中就會(huì )產(chǎn)生較大的瞬時(shí)電流，并產(chǎn)生一個(gè)較強的地磁擾動(dòng)；如果變化過(guò)程是緩慢的，那么就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)較小的穩定的電流。
有研究分析過(guò)去80年歷史數據指出，地磁指數對太陽(yáng)黑子數有一個(gè)顯著(zhù)的同期和滯后1~4年的相關(guān)影響[3]。本文提出的行星磁場(chǎng)模型能夠很好解釋其中物理機制。太陽(yáng)黑子數量的多少反映出太陽(yáng)電磁活動(dòng)的強弱，與太陽(yáng)風(fēng)強度也有對應關(guān)系。這樣就使得地球最外層大氣的等離子體環(huán)流的厚度有著(zhù)周期性的波動(dòng)，隨著(zhù)太陽(yáng)風(fēng)強度的增加而增厚導致電荷總量增加，而后隨著(zhù)太陽(yáng)風(fēng)強度的減弱又逐步丟失。高空等離子環(huán)流中的離子電荷總量與地表感應電偶極子的總量有對應關(guān)系。因此就導致了地磁指數與太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期發(fā)生響應并有著(zhù)時(shí)間上滯后的周期。
數據表明地磁場(chǎng)在近四百年來(lái)長(cháng)期處于緩慢減弱的趨勢[4]，根據以上磁場(chǎng)模型可合理推測出這與工業(yè)革命以來(lái)人類(lèi)社會(huì )快速發(fā)展并持續破壞地表植被有著(zhù)直接關(guān)系。根據以上地磁模型我們也可以推導出地球磁極翻轉的原因：當全球地表植被大幅度的減少到一定程度，導致地表磁場(chǎng)降低到不能抵抗高空等離子體環(huán)流磁場(chǎng)時(shí)，地球表面就會(huì )出現磁極翻轉，直到地表植被恢復才會(huì )回歸正常。植被大幅度減少的原因可以是人類(lèi)大規模生產(chǎn)活動(dòng)、熱核戰爭或者環(huán)境污染破壞，也可以是小行星撞擊、大規?；鹕奖l(fā)、冰川擴張覆蓋等原因。
另外，近一百年來(lái)地球磁極正持續的由加拿大向西伯利亞方向漂移，并且在1900-1980年期間移動(dòng)不多，而在1980-2018年期間卻加速漂移[5]。由本文地磁模型可知，磁極由加拿大向西伯利亞方向漂移，這說(shuō)明從北極往西伯利亞方向也就是中國方向的地表磁場(chǎng)強度相較于北美大陸得到了提高，而數據表明中國的植被覆蓋率在近幾十年得到了明顯的增長(cháng)[6][7]，并且增長(cháng)速度還在加快，中國森林覆蓋率由建國時(shí)的12.5%升至2019年的22.96%。
在2000-2017年間，全球綠化面積增加了5%，中國和印度在陸地植被面積只占全球總量9%的情況下，對全球綠化增量的貢獻達到約1/3。其中，中國的貢獻占全球綠化增量的約25%，并且主要是森林植被恢復[8]。植被的恢復使得該區域地表感應電偶極子強度不斷得到增加，隨之使得地球這一側的地表磁場(chǎng)強度增大而使得磁極向這一側移動(dòng)。
以上我們就完成了對地球磁場(chǎng)起源的分析，同時(shí)我們還可以將這個(gè)分析思路擴展到其他行星磁場(chǎng)起源的解釋上。
2水星磁場(chǎng)及成因
根據水手10號的測量，水星磁場(chǎng)的強度僅有地球的1.1%。在水星赤道的磁場(chǎng)強度大約是300nT。像地球一樣，水星的磁場(chǎng)是雙極的。不同于地球的是，水星的地磁軸和水星的自轉軸幾乎是一致的。
水星公轉與自轉周期分別約為88與59天，每公轉太陽(yáng)二次時(shí)也自轉三次，形成軌道共振。由于距離太陽(yáng)只有0.3871天文單位，并且自轉非常緩慢，所以水星表面溫度變化幅度較大，在-190℃至428℃之間。另外，水星由大約70%的金屬和30%的硅酸鹽材料組成，當其向陽(yáng)的一面處在表面大地溫度較高時(shí)，其表面高溫狀態(tài)可以認為處于電導率最大值的狀態(tài)，這意味著(zhù)在大氣電場(chǎng)作用下其表層大地達到最大程度的極化，并且該極化狀態(tài)能夠得以保持。另外由于水星表面沒(méi)有海洋且總體地形地貌較為一致，使得水星表層的極化強度較為平均，所以其地磁軸與自轉軸的夾角很小。當水星在近日點(diǎn)時(shí)，北半球更多的朝向太陽(yáng)，北半球所得到的太陽(yáng)輻射總是高于南半球，因此造成水星北半球的地表平均最高溫度要高于南半球，也就造成北半球表層各處的極化強度整體略高于南半球，因此北半球的極化強度大于南半球，從而造成在水星的表面北半球的磁場(chǎng)略強于南半球。
水星質(zhì)量相當于地球5.5%，因此水星的高空等離子體環(huán)流的流量和半徑都要小，另外其自轉速度是地球的1/59，使得表面磁場(chǎng)也較弱，造成水星磁場(chǎng)強度只有地球的1.1%。
3金星磁場(chǎng)
金星是太陽(yáng)系八大行星的第二顆行星，距離太陽(yáng)約0.72天文單位，軌道在水星與地球之間。金星的自轉周期是243天且自轉方向與地球相反，公轉周期是224.7天，磁場(chǎng)強度只有地球的十萬(wàn)分之一左右。金星的體積是地球的88%，質(zhì)量相當于地球的80%。它的大氣層總質(zhì)量是地球的93倍左右，其中超過(guò)96%都是二氧化碳，厚度也比地球大氣層厚了50公里，且其大氣內部溫室效應很強，地表溫度在400℃以上。
在解釋金星磁場(chǎng)起源之前先分析金星自東向西自轉的原因。
由于金星質(zhì)量較地球小造成自身引力較小，而大氣層更厚且大氣質(zhì)量高，其大氣主要是質(zhì)量較大的氣體分子，相對難以捕獲外層空間中高速運動(dòng)的太陽(yáng)風(fēng)離子。由于金星大氣的減速作用，金星對其公轉方向前方的太陽(yáng)風(fēng)離子具有一定的捕獲能力，而對其后方的太陽(yáng)風(fēng)離子捕獲能力較差而使得其動(dòng)量無(wú)法有效傳遞，這就對金星大氣產(chǎn)生了持續的順時(shí)針的作用力，在持續的太陽(yáng)風(fēng)吹掃的作用下就在大氣最外層產(chǎn)生非常稀薄的順時(shí)針高速運動(dòng)的電離層環(huán)流，這個(gè)環(huán)流的存在使得金星順時(shí)針自轉。
根據本文地磁理論，金星相反的自轉方式?jīng)Q定了金星磁場(chǎng)極性與地球相反。同時(shí)金星大氣中存在大量的閃電現象，這說(shuō)明金星大氣中存在電場(chǎng)，因此金星高溫地殼表層也能夠存在感應電荷與感應電偶極子，但其自轉速度較慢，導致磁場(chǎng)非常微弱。
由以上分析可知，若將金星改造成為宜居行星就需要降低金星大氣層的總質(zhì)量與厚度，并將占比達96%的二氧化碳封存起來(lái)，從而逐步在金星表面產(chǎn)生與地球類(lèi)似的磁場(chǎng)，之后通過(guò)磁場(chǎng)不斷捕獲太陽(yáng)風(fēng)氫離子逐步恢復其海洋，并中和固化表面硫酸，之后恢復植被，恢復正常生態(tài)系統——工程量非常大。
4火星磁場(chǎng)
火星的直徑、質(zhì)量、表面重力約分別為地球1/2、1/9、2/5，火星自轉軸傾角、自轉周期與地球相近，公轉周期則為兩倍左右?；鹦谴髿鈱用芏戎挥械厍虼髿?%，其中96%是二氧化碳?；鹦谴艌?chǎng)強度為地球磁場(chǎng)的0.1%~0.2%。由于火星引力較小，同時(shí)沒(méi)有磁場(chǎng)的有效保護，導致其大氣層非常稀薄，外層空間等離子體環(huán)流也較弱，另外火星表面低溫干燥，因此火星表層導電性能極差，也難以產(chǎn)生大量的感應電偶極子，所以?xún)牲c(diǎn)原因共同造成火星磁場(chǎng)幾乎完全喪失。
根據最新的探測表明，火星上曾經(jīng)存在廣闊的海洋，并且曾經(jīng)有著(zhù)較強的磁場(chǎng)，還多次發(fā)生磁極互換。這是由于，在火星表面較為濕潤存在植被的情況下，通過(guò)與高空等離子體環(huán)流感應作用，火星表層能夠極化并隨著(zhù)火星自轉產(chǎn)生較強的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)提供保護使火星大氣維持在較厚的狀態(tài)，產(chǎn)生較強的溫室效應使火星成為宜居行星。而當火星表面植被由于火山爆發(fā)或者其他因素而大幅度減少，使得地表磁場(chǎng)降低到無(wú)法與外層空間磁場(chǎng)抗衡時(shí)，即造成火星磁極翻轉，當地表植被恢復時(shí)，磁極也重新回到正常狀態(tài)。磁極翻轉過(guò)程在地球上也多次發(fā)生。不同的是，地球的引力較強，能夠維持住較強的外層等離子體環(huán)流，能夠維持住較強的外磁場(chǎng)并將行星磁化，也可以對大氣提供較好的保護。而火星引力較弱，在磁極翻轉的過(guò)程中不斷的丟失水和大氣質(zhì)量，最終導致無(wú)法有效維持宜居的生態(tài)環(huán)境，導致無(wú)法生長(cháng)植被，使得火星磁場(chǎng)最終消失，失去磁場(chǎng)保護導致海洋消失?，F在，失去磁場(chǎng)保護的火星大氣在太陽(yáng)風(fēng)的作用下一直在不斷丟失質(zhì)量。
5木星磁場(chǎng)
木星是一個(gè)巨大的液態(tài)氫星體，其質(zhì)量、半徑、體積分別是地球的318、11、1316倍。木星有很強的引力、磁場(chǎng)和輻射帶。由于木星巖石內核相對整個(gè)行星來(lái)說(shuō)很小，并且由于內部高溫，所以巖石內核的表面光滑，也難以在固體內核表面產(chǎn)生較強的感應電偶極子，所以它只有一個(gè)外磁場(chǎng)，使得木星磁極方向與地球相反。
6土星磁場(chǎng)
土星是一顆類(lèi)木氣態(tài)行星，磁場(chǎng)形成機制與木星類(lèi)似。
7天王星磁場(chǎng)
天王星屬于冰巨星，主要是由巖石與各種成分不同的水冰物質(zhì)所組成，其組成主要元素為氫（83%），其次為氦（15%）。天王星體積是地球的65倍，質(zhì)量約為地球的14.63倍。天王星的標準模型結構包括三個(gè)層面：在中心是巖石的核，中間是冰地幔，最外面是氫/氦組成的外殼。相較之下核非常的小，有0.55地球質(zhì)量，半徑不到天王星的20%；地幔則是個(gè)龐然大物，質(zhì)量大約是地球的13.4倍；而最外層的大氣層則相對上是不明確的，大約擴展占有剩余20%的半徑，質(zhì)量大約有地球的0.5倍。冰地幔實(shí)際上并不是由一般意義上所謂的冰組成，而是由水、氨和其他揮發(fā)性物質(zhì)組成的熱且稠密的流體。這些流體有高導電性，有時(shí)被稱(chēng)為水與氨的海洋。天王星并沒(méi)有土星與木星那樣的巖石內核，它的金屬成分是以一種比較平均的狀態(tài)分布在整個(gè)地殼之內。
由于天王星的質(zhì)量很大，其表面也是氣態(tài)，其自身所具有的外層高空離子大氣環(huán)流形成磁極軸與自轉軸相同的磁場(chǎng)1并且自轉軸與黃道平面只有7.77°的夾角；與此同時(shí)，行星最外層逃逸層的稀薄的太陽(yáng)風(fēng)等離子體環(huán)流始終保持在黃道平面上作逆時(shí)針旋轉而產(chǎn)生磁場(chǎng)2，另外，天王星能夠導電的氨冰地幔在電離層電場(chǎng)極化下產(chǎn)生感應電偶極子，隨著(zhù)自轉產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，推測這三個(gè)磁場(chǎng)相互疊加就形成了與自轉軸成夾角并隨著(zhù)行星自轉而不斷旋轉的天王星磁場(chǎng)。另外由于天王星密度較低且星體質(zhì)量遠小于木星、土星，導致其引力相對較弱，使得外層離子環(huán)流偏離其行星中心較多，使得磁場(chǎng)中心與行星中心偏離較大。
關(guān)于天王星的自轉軸為何表現得如此奇特，在此嘗試解釋?zhuān)杭僭O天王星最開(kāi)始的自轉軸和磁軸是重合的且與黃道平面垂直，由于天王星距離太陽(yáng)距離遙遠，在外層等離子體環(huán)流的驅動(dòng)下，靠近赤道附近低緯度的天王星大氣與天王星冰地幔存在比兩極更強的摩擦，同時(shí)赤道地區還能夠得到來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱量，這樣造成兩極地區與赤道地區的形成較大的溫差，而使得天王星的冰地幔由最初的圓形逐步變成南北走向的紡錘形，但在兩極附近極可能出現較為突出的冰帽，這樣奇異的結構在大氣環(huán)流的作用下就變得極其不穩定，于是這個(gè)紡錘形靠近兩極的某處出現斷裂導致該處的極地冰帽向一側崩塌，同時(shí)也引發(fā)另一極的冰帽坍塌。坍塌之后新的冰帽又會(huì )出現……這樣持續的重力沖擊產(chǎn)生的扭矩使得其自轉軸逐步翻轉變成了現在的狀態(tài)。在自轉軸翻轉97.77°的狀態(tài)下，天王星兩極能夠在公轉的過(guò)程中比較均勻的得到太陽(yáng)的加熱，而赤道附近又有大氣與地幔摩擦發(fā)熱，同時(shí)還有在傾斜磁場(chǎng)的作用下，太陽(yáng)風(fēng)高能粒子對兩側磁極的不斷轟擊也能夠產(chǎn)生熱量，這三個(gè)發(fā)熱機制的共同作用使天王星的冰地幔能夠維持為接近球形，從而達到比較穩定的自轉狀態(tài)，所以就形成了這樣的運動(dòng)方式。
8海王星磁場(chǎng)
海王星的軌道半長(cháng)軸為30.07天文單位，公轉周期為164.8年，自轉周期為16時(shí)6分36秒，質(zhì)量為17.147地球質(zhì)量，半徑為3.86地球半徑。同樣，由行星大氣逃逸層等離子體環(huán)流驅動(dòng)理論可知，質(zhì)量較大的海王星能夠擁有較強的磁場(chǎng)，這與實(shí)際情況能夠吻合。其磁場(chǎng)形成機理與天王星類(lèi)似。
總結
最新的研究和觀(guān)測表明，太陽(yáng)風(fēng)氫離子能夠通過(guò)轟擊小行星表面從而產(chǎn)生水[9],科學(xué)家在月球上也發(fā)現了太陽(yáng)風(fēng)氫離子轟擊月壤形成SiOH的證據[10]。而在了解了行星磁場(chǎng)起源之后，我們還可以更好的解釋行星上水的來(lái)源以及海洋的形成。以最靠近太陽(yáng)的水星為例。水星上存在大量的氧元素，而水星的磁場(chǎng)能夠捕獲太陽(yáng)風(fēng)離子并在磁場(chǎng)的引導下向水星兩極高速撞擊。當太陽(yáng)風(fēng)中的氫離子與水星兩極大氣中或者兩極極地中存在的含有氧原子的分子發(fā)生碰撞時(shí)，就有一定概率發(fā)生反應而生成水,并沉積在水星表面的低溫區域如兩極的環(huán)形山中。于是我們可以看到水星兩極的環(huán)形山中存在大量的冰。
在地球上同樣可以發(fā)生這樣的過(guò)程：兩極在太陽(yáng)風(fēng)氫離子的轟擊下產(chǎn)生水分子并不斷沉積，并且由于地磁場(chǎng)對太陽(yáng)風(fēng)的屏蔽作用而得以實(shí)現大氣層質(zhì)量的動(dòng)態(tài)穩定。當磁場(chǎng)不斷減弱而無(wú)法屏蔽太陽(yáng)風(fēng)離子對行星外層大氣的剝離時(shí)，最輕的氫原子就會(huì )不斷的散失到宇宙空間中，促使水源源不斷進(jìn)入大氣中并分解，最終使行星表面的海洋逐步消失，所以地球磁場(chǎng)的穩定對生態(tài)環(huán)境安全至關(guān)重要。
這樣，我們不僅明白了行星磁場(chǎng)產(chǎn)生的機理，也知道了如何改變或者恢復行星的磁場(chǎng)，這不但對當今人類(lèi)文明發(fā)展具有重要參考價(jià)值，還對于未來(lái)人類(lèi)進(jìn)軍宇宙空間改造其他行星也具有重要的指導意義。
