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地球磁场起源之谜
1. 谜题重重的地磁场
地球是一个天然的大磁体，无论在陆地、海洋，还是天空，都能够感受到地磁场的存在。我国古人很早以前就对地磁现象有所认识，中国古代四大发明之一的指南针，就是利用磁针在地磁场中的指极性制成的。
历史上，第一个提出地磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。
1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法，从而使地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。
现在科学家们已基本掌握了地磁场的分布与变化规律，但是，对于地磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。
目前，关于地磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。
属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场是很微弱的，根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况出入很大。同时，该理论还难以自圆其说的是，地球表面的观测者随着电荷一起旋转，对于电荷来说，不存在什么相对运动，没有电流又谈何磁场呢？
以地核为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而发生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。
属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等，但这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。
关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。
1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。
因此上说，关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，对地磁场的成因作出解释。
2. 形态场假说
如何揭示地磁场的起源之谜呢？本文认为研究地磁场的成因，首先应该解决磁本质问题。
1820年，丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应，第一次揭示了磁与电之间的关系，从而把电学和磁学联系起来。为了解释永磁和磁化现象，1821年，安培又提出了著名的分子电流假说。安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，分子电流相当于一个基元磁体。当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性。在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。安培的假说还说明了磁体的N、S两种磁极不能单独存在的原因，因为基元磁体的两个极对应于环形电流所在平面的两个侧面，显然这两个侧面是不能单独存在的。安培的假说把磁性的本质归结为电流的磁效应，即一切磁现象都起源于电流或电荷的运动。
按照近代物理学的理论观点，电荷不论是否运动，都将在其周围激发电场，而运动的电荷（电流）一定会在其周围激发出磁场。与电场是一种特殊的物质一样，磁场也是一种特殊物质，在磁场中运动的电荷（电流），将受到该磁场给予的作用力（磁场力）。
安培的分子电流假说从微观的角度解释了磁场的形成过程，阐明了磁场与运动电荷之间的关系。这里有一点值得我们思考，为什么电荷只有在运动状态下才能“激发”出磁场呢？按理说，带电粒子的静止与运动是相对的，如果观察者与粒子一同运动，带电粒子是否还会具有磁性呢？毫无疑问，带电粒子的磁场并不会因为观察者的同步运动而消失；那么，相对于观察者静止的带电粒子所表现出磁性，就只能与它的运动方向有关了。鉴于此，我们不妨作出这样的假设，当带电粒子运动方向确定以后，其表现磁场的场性物质的矢量方向也随之确定下来，因而使带电粒子在运动过程中表现出了磁效应。
基于以上考虑，本文在此提出基本粒子形态场假说。所谓形态场是指场的空间形态，过去一般认为，场的空间形态都呈球对称状（呈球对称状的场又称三维场），如宏观物体的万有引力场。而基本粒子形态场假说认为，在微观世界中，基本粒子所携带的能量场是由二维的平面场和一维的线性场组成。具体地说，自然界中，像质子、电子这类带电粒子所携带的质量场是二维平面场，而电场则是一维的线性场，一维线性场垂直并穿过二维质量场的中心。在外界电场或磁场的作用下，粒子的电场方向与粒子的运动方向保持一致。
基本粒子为什么具有如此的场性结构呢？这是由场的形成过程决定的。场的初始形态是一维线性的具有量子化的能量流，这种能量流分为两种，一种是质量流，另一种是电量流，两种能流在空间分布上相互垂直，它们是构成基本粒子场的原始材料。由于粒子存在着自旋，所以使本来一维线性的能流在旋转中转化为二维形态的平面场。
既然基本粒子的平面场是在旋转过程中形成的，那么二维场就是一个矢量场，场的方向与粒子的自旋方向相同。在此，我们可以形象地把自由运动的基本粒子比作一个转动的自行车车轮，轴心是粒子，转动辐条形成的即是质量场，车轮的转动方向就是质量场的矢量方向，而穿过轴心的车轴则是一维线性的电场。一维线性的电场也是一个矢量，带正电荷粒子的电场方向用左手判定，即用左手握住粒子的自旋轴，弯曲的四指与质量场方向一致，这时拇指所指的方向就是电场的方向。带负电荷的粒子的电场方向用右手判定，道理同上。反之，根据二维矢量场方向也可以判断出粒子的电荷属性，即左手旋粒子为正电荷粒子，右手旋粒子为负电荷粒子。
矢量场间相互作用遵循同方向相吸、异方向相斥的原则。具体地说就是，当两个粒子的一维线性场同处在一条轴线上时，若一维矢量场的方向一致，即相互吸引；若一维矢量场的方向相对，则相互排斥。如一个电子与正电子相遇，两者的运动方向虽然是相对的，但两者的一维电场方向却是一致，因而正负电子对表现出了相互吸引的特性。而两个自由运动的电子相遇（运动方向相对）时，则表现出了同性电荷相斥的特性。导体内同方向（定向）运动的电子形成电流，电子间并没有因为同性电荷而排斥，它们表现出了有序的排列状态。对同处在一个平面的二维场来说，若两个场的旋转方向相同，即相互吸引；若两个场的旋转方向相逆，则相互排斥。两根通电导线相吸或相斥，就是二维质量场相互作用的结果。
现以最简单的氢原子为例，来分析原子内部形态场的分布情况。在一个原子中，带有正电荷的原子核位于中心，核外电子围绕原子核做圆周运动。氢的原子核是一个质子，而质子和电子的质量场又都是旋转的二维平面场，所以质子的质量场将对电子发生作用。在角动量传输原理作用下，核外电子只能运行在质子的质量场平面内，且运动方向及自旋方向始终与质子质量场矢量方向保持一致。与此同时，质子和电子的一维电场则共同垂直于它们的质量场平面，但两者的方向却正好相反，因而两个电场将发生联接，由两个线性场形成了一个封闭的环形作用轨迹。这时，核外电子与原子核的电场之间产生的是相互吸引作用。
不难看出，原子内部形态场呈现出双重作用关系。在空间结构上，可以形象地把原子比喻为太阳系，原子核就是太阳，核外电子如同行星，诸行星运行在太阳质量场平面——黄道面上，每个行星的质量场平面——赤道面与黄道面相重合，且自转方向与太阳自转方向（太阳质量场旋转方向）相同。原子核和电子除了携有二维的质量场外，还携有一维的电场，它相当于行星的磁场，行星的磁场方向与黄道面相垂直。比照原子核，太阳也携有磁场，但其方向与行星的磁场方向正好相反。原子核与电子的一维电场作用，相当于太阳磁场与行星磁场发生了作用，其作用轨迹为：磁力线从太阳北极出发，联接到行星的北极，之后再由行星的南极连接到太阳的南极，由此形成一封闭的环形路线。
当年，卢瑟福在考虑原子模型时，很自然地把电场力作为电子围绕原子核圆周运动的向心力。但这一假设有一个致命缺陷，而且是不可克服的，因为根据麦克斯韦理论，做加速运动的带电粒子将辐射出电磁波。这样绕核运动的电子由于辐射电磁波释放能量，终将落到原子核上，一个氢原子的寿命只有10-6秒。而在原子的形态场结构模型中，一维线性的电场方向垂直于电子的运动方向，因此不存在辐射电磁波问题，也就无所谓失去能量。
不仅如此，核外电子的运动还要受到原子核旋转质量场的制约，原子核与电子就像太阳与行星一样，彼此间也在发生着角动量转换。在原子核电场的吸引下，电子将产生向原子核靠近的运动趋势；而在与原子核角动量传输过程中，电子又将不断地获得轨道角动量，产生远离原子核的运动趋势。只有当这两种作用达到平衡时，核外电子才能稳定地运动在圆周轨道上。
简言之，核外电子在角动量传输和电场力共同作用下，维持了圆周运动的稳定性，电子的轨道半径与电子的运动速度存在着对应关系，并且不会辐射电磁波。受质量场量子性的影响，原子核向电子传输的轨道角动量具有量子化特性，由此决定了核外电子轨道量子化。可以说，粒子的形态场假说填补了玻尔氢原子模型从经典力学到量子力学的理论空白。
在原子内部，当核外电子从高能量轨道向低能量轨道跃迁时，其电场和质量场将同时对外辐射能量，这就是电磁波。即是说，电磁波是由电场波和质量波复合而成。又由于电场方向垂直于电子跃迁的径向方向，所以电磁波表现出了了横波特性。在塞曼效应中，电磁波在磁场中发生偏振，反映出来的就是质量波特征。
如若一个电子的电场与质子的电场直接发生作用，就会形成一个中子。但是中子是不稳定的，因为构成这个复合粒子的电子与质子的质量场方向是相反的，两者之间产生排斥作用，因此中子形成之后很快就会发生衰变。
在原子核中，所谓质子与中子的强相互作用，实际上是一个电子中和了一个质子的电场使其呈中子态，相临质子由于电场排斥力消失，质量场相互吸引而发生的作用。由于中子存在着自发衰变的倾向，所以电子是以动态形式往来于两个质子之间的。原子核中的动态电子在数量上具有一定的饱和性，当超过核子的相应需要时，原子核将发生衰变。在电子与质子的结合、分离过程中，始终伴随着中微子的吸纳与释放，这种由电子与中微子组合的粒子，就是汤川秀树在理论上预言的π介子。
在原子核的结构上，核子间质量场的作用结果，必将使核子排列在一个空间平面内。当核子数较大时，这种单层平面就会显得非常脆弱，极易发生断裂，一种最佳选择是把这个平面折叠起来。若两个核子平面重叠，且上下两层质子的电场方向一致，那么，两个层面的质子电场仍将处在吸引状态，原子核不会发生分裂。
因此可以断定，由核子质量场的相互作用，产生了同一平面核子的吸引力；由质子电场的相互作用，提供了层与层核子间的结合力，这就是强相互作用的本质。可见，由形态场构建的原子核模型，像楼房一样，是多层次的，核子之间有游动的电子，同层之间、层与层之间结合力的性质是不同的，质量场和电场在各自发挥着作用。由诸核子叠加的原子核电场是一维的，而其质量场仍是二维的平面场。核子的有序排列构成了原子核大厦，原子核大厦因其结构不同，使原子核表现出了各种不同性质。
由于二维质量场都是矢量场，因此原子核（质子）质量场间存在着吸引与排斥两种作用。两个氢原子结合成一个氢分子，就是氢核（质子）间的质量场矢量方向相同，而相互吸引的结果。自然界矢量质量场间的相互作用，所表现出的宏观效应就是物体的万有引力。
按理说，矢量质量场间存在着两种作用形式——吸引或排斥，为什么自然界宏观物体却只表现出了“引力”效应呢？
为了回答这一问题，让我们做一个假想实验。假设在一定空间范围内，随机分布着许多条形磁铁，它们的磁场强度大致相同，彼此间发生着相互作用。试问：过一段时间后，这些磁铁将如何分布呢？按常理推测，由于每块磁铁都有N、S两极，同极相斥、异极相吸，随机分布的每块磁铁所受到的吸引与排斥的几率相同，因此可以得出结论，这些磁铁仍保持无规则的随机分布状态。
然而，如果通过试验检测可以发现，上述推论是错误的。因为磁铁间的相互作用是动态的，在磁铁相互作用过程中，每块条形磁铁都在时刻调整着自己的方位，当两块磁铁同极相对时，斥力将使磁极马上改变方向，以减小力的排斥；当两块磁铁异极相对时，就会相互吸引而靠近，这样，势必会产生一种聚拢趋势。于是，引力效应将渐渐突显出来，而斥力效应将逐渐减弱。过一段时间后，必然会出现这样一种情形，所有磁铁都在向一起聚集，最后聚合为一体。就是说，虽然条形磁铁间存在着两种作用形式——吸引与排斥，但最终只能出现一种作用结果，即所有条形磁铁都在“引力”作用下聚合在一起。
物质矢量质量场间的作用模式与磁铁的相互作用模式相同，每个原子核（质子）都相当于一个条形磁铁，其矢量质量场间存在着吸引与排斥两种作用形式。当这些质量场发生作用时，原子核（质子）就会像条形磁铁一样，不停地调整自己的方位，最终将产生一种动态作用结果，所有原子都向一起聚集，这就是宏观物体的万有引力效应。可见，万有引力是蜕变了的质量场作用效应，是矢量质量场间排斥与吸引两种作用效应动态平衡后的结果。由此也就不难理解万有引力作用强度较弱的原因了。
每个电子都携有两种形态场，导体内做定向运动的电子形成电流，这些电子不仅一维电场方向相同，而且二维质量场的矢量方向也一致，因此定向运动的电子在导体周围形成了旋转质量场。旋转的质量场必将表现为相应的场能效应，这就是我们看到的通电导体“激发”出的磁场。就是说，磁场的本质是旋转质量场效应，磁场的场能来自于电子的自旋。据此推理，原子的磁场主要来自于原子核，是原子核旋转的质量场使原子具有了磁性，而所谓的安培分子电流是不存在的。矢量的质量场具有同方向相吸，逆方向排斥的特性，由此决定了磁场同极相斥、异极相吸的作用规律。
磁场的极性是由质量场的旋转方向决定的。按照电磁学的理论定义，通电螺线管产生磁场的极性用安培定则判定，即用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管磁场的北极（N极）。如果用磁力线描述单匝螺线管的磁场，从导线截面上看，磁力线已闭合为同心圆，由此可以判定，闭合的磁力线方向对应于正电荷的右手旋方向（以右手拇指指向电荷的运动方向，弯曲的四指则为磁力线方向）。而实际上，带有正电荷的粒子都是左手旋粒子，质量场以左手旋绕一维电场旋转；所以，若要以质量场的旋转方向判定磁场的N极方向，就必须改用左手定则，即左手弯曲与旋转质量场方向一致，其拇指所指方向就是磁场的N极方向。就是说，理论定义的磁力线方向与质量场的旋转方向正好相反。这是一条普适性原则，对自然界中的一切物体都适用。
磁场的本质是旋转的质量场，因而通电导体在其周围激发出了磁场；反过来，当导体在磁场中运动时，磁场必将对导体中自由电子的质量场发生作用，使其移动而形成电流，这就是电磁感应现象。感生电流的产生，是导体中自由电子的质量场对外界磁场的反作用过程，电流的方向适用于右手定则；用楞次定律表述为：闭合回路中感应电流的方向，总是使它产生的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这一作用过程符合能量转化与守恒定律。
磁场还可以与运动的电荷直接发生作用。在实验室中可以观察到，运动的带电粒子在磁场中发生了偏折，这是两个矢量的质量场直接作用的结果。由于带有正电荷的粒子为左手旋粒子，带有负电荷的粒子为右手旋粒子，因此，根据旋转质量场对所形成磁场极性的定义，可以判断出带电粒子的偏折方向。通电导体在磁场的作用下发生运动，也属于这种运动形式，这种机械运动的能量，来自于导体内定向运动电子的质量场对磁场的反作用。
3. 地磁场的起源与变化规律
自然界中普遍存在着物质旋转现象，如星系的旋转、星体的自转、海水漩涡、大气涡旋和基本粒子自旋等。这些物体的旋转都伴随着质量场的旋转，因而都将产生磁效应，这就是太阳黑子、地球上的各种海水漩涡、大气涡旋产生磁场的原因。当然，宇宙中的各种天体及天体系统也不例外，地磁场就是地球在自转过程中形成的。根据地球的自转方向，运用左手定则可以作出判断，地磁场的N极方向指向地理南极。
须要说明，在宏观世界中，矢量的质量场已经退化，取而代之的是万有引力场，因此，宏观物体旋转形成的磁场，其强度随着质量场强度的下降而减弱。下降的数量级基本相当于电磁力与万有引力之比，这也是在现有实验条件下，没有观察到旋转物体产生磁场的原因。
地磁场是我们最熟悉的宏观物体产生的磁场，下面我们就用旋转质量场理论，释析地磁场的分布与变化规律。
地磁场的形成具有一定特殊性，按照旋转质量场假说，地球在自转过程中产生磁场。但是，从运动相对性的观点考虑，居住在地球上的人是不应该感受到地磁场的，因为人静止于地球表面，随地球一同转动，所以地球上的人是无法感觉到地球自转产生的磁场效应的。那么，人们在地球表面所测得的地磁场又是怎么回事呢？
原来，我们通常所说的地磁场只能算作地球表面磁场，并不是地球的全球性磁场（又称空间磁场），它是由地核旋转形成的。地球的内部结构可分为地壳、地幔和地核。美国科学家在试验中发现，地球内外的自转速度是不一样的，地核的自转速度大于地壳的自转速度。也就是说，地球表面的人虽然感觉不到地球的自转，但却能感觉到地核旋转所产生的质量场效应，就是它产生了地球的表面磁场。科学家在研究中还发现，地核的自转轴与地球的自转轴不在一条直线上，所以由地核旋转形成的地磁场两极与地理两极并不重合，这就是地磁场磁偏角的形成原因。
科学家们在对地磁场的研究中发现，地磁场是变化的，不仅强度不恒定，而且磁极也在发生变化，每隔一段时间就要发生一次磁极倒转现象。
早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万年前地磁场曾发生过倒转。1928年，日本科学家松山基范也得出了同样的研究结果。第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁极倒转。距今最近的一次发生在70万年前，正如布律内所指出的那样。
地磁场的两极为什么会发生倒转呢？根据地磁场起源理论，本文认为，地磁场磁极之所以发生倒转，是由地核自转角速度发生变化而引起的。我们知道，地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。然而，5.8亿年前，情况却不是这样，那时地球表面呈熔融状态，月球也刚刚被俘获，地球从里到外的自转速度是一致的，地球表面不存在磁场。但是，随着地球向月球传输角动量，地球的自转角速度越来越小。同时，地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核三层结构。地球自转角动量的变化首先反映在地壳上，出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。这时，在地球表面第一次可以感受到磁场的存在，地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。按照左手定则，磁场的N极在地理南极附近，磁场的S极在地理北极附近。地壳与地核自转角速度不同步，这种情形并不能长久地保持下去，地核必然通过地幔软流层物质向地壳传输角动量，其结果是地核的自转角速度逐渐减小，地壳的自转角速度逐渐增大。当地壳与地核的自转角速度此增彼减而最终一致时，地磁场就会在地球表面消失。地核与地壳间的角动量传输并不会到此为止，在惯性的作用下，地壳的自转角速度还在继续增大，地核的自转角速度继续减小，于是出现了地壳自转角速度大于地核自转角速度的情形。这时，在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应。按照左手定则判断，新形成的地磁场的N极在地理北极附近，S极在地理南极附近。从较长的时期看，整个地球的自转速度处在减速状态，但地壳与地核间的相对速度却是呈周期性变化的，这就是每隔一段时间地球磁场就要发生一次倒转的原因。
据测定，地磁场发生倒转前有明显的预兆，地球的磁场强度减弱直至为零，随后，约需一万年的光景，磁场强度才缓缓恢复，但是，磁场方向却完全相反。目前，地球磁场强度有逐渐减弱的趋势，在过去的4000年中，北美洲的磁场强度已减弱了50%，这说明地核相对地壳的速度差正在缩小。
值得说明的是，无论地球表面测得的地磁场方向如何发生变化，但是，在太空中地磁场的方向却始终是不变的。因为在太空中测得的地磁场，是整个地球自转产生的旋转质量场效应，并不会因为地壳与地核相对速度的改变而发生变化。根据左手定则，在太空中测得的地磁场的N方向始终在地理南极上空。
在电磁感应效应中，通电导体产生的磁场强度与电流强度成正比，即与导体内“定向移动”的自由电子数目成正比。而每个电子的自旋角动量又是恒定的，所以磁场强度实际上是与所有电子的自旋角动量之和成正比。同理，宏观物体产生的磁场强度，也应与旋转质量场的角动量成正比，即与物体的质量和自旋角速度成正比，与质量场的旋转半径（观测点到物体质心的距离）成反比。用公式表示为：
H = f mω/r = f 0 m / T r
(f 0为常数，T为自转周期，r为旋转质量场半径)
根据这一公式，在地球表面测得的磁场强度H，只与地核的质量成正比，角速度ω的取值为地壳与地核自转角速度之差，r为地球的半径（地磁场强度为5×10-5特斯拉）。而地球在太空中形成的空间磁场，其磁场强度与整个地球的质量成正比，与地球的自转角速度成正比（近似值），与观测点到地球中心的距离成反比。因此，在近地球的宇宙空间，地球所形成的空间磁场强度大于地表的磁场强度。空间磁场的最大特点是磁极恒定，不会像地球表面磁场那样发生磁极倒转现象。
由于空间磁场的存在，且有很高的强度，因此使太阳风中大量的带电粒子发生了偏折，在地球两极产生了极光。目前，科学家们通过人造卫星发现了地球外层空间存在着“磁层”和“辐射带”。磁层像一个头朝太阳的蛋形物，在太阳风的作用下显得极不对称，朝向太阳的一面，离地心距离只有8—11个地球半径左右，在背向太阳的一面，则延伸到远远超过地月之间的距离。
地球只是太阳系中的一颗普通星体，因此地磁场的起源理论对于太阳系中的其他天体也同样适用。
月球，地球唯一的一颗天然卫星，过去，人们一直以为月球没有磁场，但阿波罗太空船的宇航员取回的月球岩石显示，月球一度有过磁场，其后又神秘消失了。关于月球的磁场，可以这样解释，月球曾有过一个炽热的月核，月核的自转速度快于整个月球的自转速度，因而形成了月球的早期磁场。经过几亿年后，随着月球内部热量的散失，月核慢慢凝固了，与月壳结为了一体，月球内外的自转速度已趋于一致，这时月球的磁场自然就消失了。
1. 谜题重重的地磁场
地球是一个天然的大磁体，无论在陆地、海洋，还是天空，都能够感受到地磁场的存在。我国古人很早以前就对地磁现象有所认识，中国古代四大发明之一的指南针，就是利用磁针在地磁场中的指极性制成的。
历史上，第一个提出地磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。
1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法，从而使地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。
现在科学家们已基本掌握了地磁场的分布与变化规律，但是，对于地磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。
目前，关于地磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。
属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场是很微弱的，根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况出入很大。同时，该理论还难以自圆其说的是，地球表面的观测者随着电荷一起旋转，对于电荷来说，不存在什么相对运动，没有电流又谈何磁场呢？
以地核为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而发生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。
属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等，但这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。
关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。
1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。
因此上说，关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，对地磁场的成因作出解释。
2. 形态场假说
如何揭示地磁场的起源之谜呢？本文认为研究地磁场的成因，首先应该解决磁本质问题。
1820年，丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应，第一次揭示了磁与电之间的关系，从而把电学和磁学联系起来。为了解释永磁和磁化现象，1821年，安培又提出了著名的分子电流假说。安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，分子电流相当于一个基元磁体。当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性。在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。安培的假说还说明了磁体的N、S两种磁极不能单独存在的原因，因为基元磁体的两个极对应于环形电流所在平面的两个侧面，显然这两个侧面是不能单独存在的。安培的假说把磁性的本质归结为电流的磁效应，即一切磁现象都起源于电流或电荷的运动。
按照近代物理学的理论观点，电荷不论是否运动，都将在其周围激发电场，而运动的电荷（电流）一定会在其周围激发出磁场。与电场是一种特殊的物质一样，磁场也是一种特殊物质，在磁场中运动的电荷（电流），将受到该磁场给予的作用力（磁场力）。
安培的分子电流假说从微观的角度解释了磁场的形成过程，阐明了磁场与运动电荷之间的关系。这里有一点值得我们思考，为什么电荷只有在运动状态下才能“激发”出磁场呢？按理说，带电粒子的静止与运动是相对的，如果观察者与粒子一同运动，带电粒子是否还会具有磁性呢？毫无疑问，带电粒子的磁场并不会因为观察者的同步运动而消失；那么，相对于观察者静止的带电粒子所表现出磁性，就只能与它的运动方向有关了。鉴于此，我们不妨作出这样的假设，当带电粒子运动方向确定以后，其表现磁场的场性物质的矢量方向也随之确定下来，因而使带电粒子在运动过程中表现出了磁效应。
基于以上考虑，本文在此提出基本粒子形态场假说。所谓形态场是指场的空间形态，过去一般认为，场的空间形态都呈球对称状（呈球对称状的场又称三维场），如宏观物体的万有引力场。而基本粒子形态场假说认为，在微观世界中，基本粒子所携带的能量场是由二维的平面场和一维的线性场组成。具体地说，自然界中，像质子、电子这类带电粒子所携带的质量场是二维平面场，而电场则是一维的线性场，一维线性场垂直并穿过二维质量场的中心。在外界电场或磁场的作用下，粒子的电场方向与粒子的运动方向保持一致。
基本粒子为什么具有如此的场性结构呢？这是由场的形成过程决定的。场的初始形态是一维线性的具有量子化的能量流，这种能量流分为两种，一种是质量流，另一种是电量流，两种能流在空间分布上相互垂直，它们是构成基本粒子场的原始材料。由于粒子存在着自旋，所以使本来一维线性的能流在旋转中转化为二维形态的平面场。
既然基本粒子的平面场是在旋转过程中形成的，那么二维场就是一个矢量场，场的方向与粒子的自旋方向相同。在此，我们可以形象地把自由运动的基本粒子比作一个转动的自行车车轮，轴心是粒子，转动辐条形成的即是质量场，车轮的转动方向就是质量场的矢量方向，而穿过轴心的车轴则是一维线性的电场。一维线性的电场也是一个矢量，带正电荷粒子的电场方向用左手判定，即用左手握住粒子的自旋轴，弯曲的四指与质量场方向一致，这时拇指所指的方向就是电场的方向。带负电荷的粒子的电场方向用右手判定，道理同上。反之，根据二维矢量场方向也可以判断出粒子的电荷属性，即左手旋粒子为正电荷粒子，右手旋粒子为负电荷粒子。
矢量场间相互作用遵循同方向相吸、异方向相斥的原则。具体地说就是，当两个粒子的一维线性场同处在一条轴线上时，若一维矢量场的方向一致，即相互吸引；若一维矢量场的方向相对，则相互排斥。如一个电子与正电子相遇，两者的运动方向虽然是相对的，但两者的一维电场方向却是一致，因而正负电子对表现出了相互吸引的特性。而两个自由运动的电子相遇（运动方向相对）时，则表现出了同性电荷相斥的特性。导体内同方向（定向）运动的电子形成电流，电子间并没有因为同性电荷而排斥，它们表现出了有序的排列状态。对同处在一个平面的二维场来说，若两个场的旋转方向相同，即相互吸引；若两个场的旋转方向相逆，则相互排斥。两根通电导线相吸或相斥，就是二维质量场相互作用的结果。
现以最简单的氢原子为例，来分析原子内部形态场的分布情况。在一个原子中，带有正电荷的原子核位于中心，核外电子围绕原子核做圆周运动。氢的原子核是一个质子，而质子和电子的质量场又都是旋转的二维平面场，所以质子的质量场将对电子发生作用。在角动量传输原理作用下，核外电子只能运行在质子的质量场平面内，且运动方向及自旋方向始终与质子质量场矢量方向保持一致。与此同时，质子和电子的一维电场则共同垂直于它们的质量场平面，但两者的方向却正好相反，因而两个电场将发生联接，由两个线性场形成了一个封闭的环形作用轨迹。这时，核外电子与原子核的电场之间产生的是相互吸引作用。
不难看出，原子内部形态场呈现出双重作用关系。在空间结构上，可以形象地把原子比喻为太阳系，原子核就是太阳，核外电子如同行星，诸行星运行在太阳质量场平面——黄道面上，每个行星的质量场平面——赤道面与黄道面相重合，且自转方向与太阳自转方向（太阳质量场旋转方向）相同。原子核和电子除了携有二维的质量场外，还携有一维的电场，它相当于行星的磁场，行星的磁场方向与黄道面相垂直。比照原子核，太阳也携有磁场，但其方向与行星的磁场方向正好相反。原子核与电子的一维电场作用，相当于太阳磁场与行星磁场发生了作用，其作用轨迹为：磁力线从太阳北极出发，联接到行星的北极，之后再由行星的南极连接到太阳的南极，由此形成一封闭的环形路线。
当年，卢瑟福在考虑原子模型时，很自然地把电场力作为电子围绕原子核圆周运动的向心力。但这一假设有一个致命缺陷，而且是不可克服的，因为根据麦克斯韦理论，做加速运动的带电粒子将辐射出电磁波。这样绕核运动的电子由于辐射电磁波释放能量，终将落到原子核上，一个氢原子的寿命只有10-6秒。而在原子的形态场结构模型中，一维线性的电场方向垂直于电子的运动方向，因此不存在辐射电磁波问题，也就无所谓失去能量。
不仅如此，核外电子的运动还要受到原子核旋转质量场的制约，原子核与电子就像太阳与行星一样，彼此间也在发生着角动量转换。在原子核电场的吸引下，电子将产生向原子核靠近的运动趋势；而在与原子核角动量传输过程中，电子又将不断地获得轨道角动量，产生远离原子核的运动趋势。只有当这两种作用达到平衡时，核外电子才能稳定地运动在圆周轨道上。
简言之，核外电子在角动量传输和电场力共同作用下，维持了圆周运动的稳定性，电子的轨道半径与电子的运动速度存在着对应关系，并且不会辐射电磁波。受质量场量子性的影响，原子核向电子传输的轨道角动量具有量子化特性，由此决定了核外电子轨道量子化。可以说，粒子的形态场假说填补了玻尔氢原子模型从经典力学到量子力学的理论空白。
在原子内部，当核外电子从高能量轨道向低能量轨道跃迁时，其电场和质量场将同时对外辐射能量，这就是电磁波。即是说，电磁波是由电场波和质量波复合而成。又由于电场方向垂直于电子跃迁的径向方向，所以电磁波表现出了了横波特性。在塞曼效应中，电磁波在磁场中发生偏振，反映出来的就是质量波特征。
如若一个电子的电场与质子的电场直接发生作用，就会形成一个中子。但是中子是不稳定的，因为构成这个复合粒子的电子与质子的质量场方向是相反的，两者之间产生排斥作用，因此中子形成之后很快就会发生衰变。
在原子核中，所谓质子与中子的强相互作用，实际上是一个电子中和了一个质子的电场使其呈中子态，相临质子由于电场排斥力消失，质量场相互吸引而发生的作用。由于中子存在着自发衰变的倾向，所以电子是以动态形式往来于两个质子之间的。原子核中的动态电子在数量上具有一定的饱和性，当超过核子的相应需要时，原子核将发生衰变。在电子与质子的结合、分离过程中，始终伴随着中微子的吸纳与释放，这种由电子与中微子组合的粒子，就是汤川秀树在理论上预言的π介子。
在原子核的结构上，核子间质量场的作用结果，必将使核子排列在一个空间平面内。当核子数较大时，这种单层平面就会显得非常脆弱，极易发生断裂，一种最佳选择是把这个平面折叠起来。若两个核子平面重叠，且上下两层质子的电场方向一致，那么，两个层面的质子电场仍将处在吸引状态，原子核不会发生分裂。
因此可以断定，由核子质量场的相互作用，产生了同一平面核子的吸引力；由质子电场的相互作用，提供了层与层核子间的结合力，这就是强相互作用的本质。可见，由形态场构建的原子核模型，像楼房一样，是多层次的，核子之间有游动的电子，同层之间、层与层之间结合力的性质是不同的，质量场和电场在各自发挥着作用。由诸核子叠加的原子核电场是一维的，而其质量场仍是二维的平面场。核子的有序排列构成了原子核大厦，原子核大厦因其结构不同，使原子核表现出了各种不同性质。
由于二维质量场都是矢量场，因此原子核（质子）质量场间存在着吸引与排斥两种作用。两个氢原子结合成一个氢分子，就是氢核（质子）间的质量场矢量方向相同，而相互吸引的结果。自然界矢量质量场间的相互作用，所表现出的宏观效应就是物体的万有引力。
按理说，矢量质量场间存在着两种作用形式——吸引或排斥，为什么自然界宏观物体却只表现出了“引力”效应呢？
为了回答这一问题，让我们做一个假想实验。假设在一定空间范围内，随机分布着许多条形磁铁，它们的磁场强度大致相同，彼此间发生着相互作用。试问：过一段时间后，这些磁铁将如何分布呢？按常理推测，由于每块磁铁都有N、S两极，同极相斥、异极相吸，随机分布的每块磁铁所受到的吸引与排斥的几率相同，因此可以得出结论，这些磁铁仍保持无规则的随机分布状态。
然而，如果通过试验检测可以发现，上述推论是错误的。因为磁铁间的相互作用是动态的，在磁铁相互作用过程中，每块条形磁铁都在时刻调整着自己的方位，当两块磁铁同极相对时，斥力将使磁极马上改变方向，以减小力的排斥；当两块磁铁异极相对时，就会相互吸引而靠近，这样，势必会产生一种聚拢趋势。于是，引力效应将渐渐突显出来，而斥力效应将逐渐减弱。过一段时间后，必然会出现这样一种情形，所有磁铁都在向一起聚集，最后聚合为一体。就是说，虽然条形磁铁间存在着两种作用形式——吸引与排斥，但最终只能出现一种作用结果，即所有条形磁铁都在“引力”作用下聚合在一起。
物质矢量质量场间的作用模式与磁铁的相互作用模式相同，每个原子核（质子）都相当于一个条形磁铁，其矢量质量场间存在着吸引与排斥两种作用形式。当这些质量场发生作用时，原子核（质子）就会像条形磁铁一样，不停地调整自己的方位，最终将产生一种动态作用结果，所有原子都向一起聚集，这就是宏观物体的万有引力效应。可见，万有引力是蜕变了的质量场作用效应，是矢量质量场间排斥与吸引两种作用效应动态平衡后的结果。由此也就不难理解万有引力作用强度较弱的原因了。
每个电子都携有两种形态场，导体内做定向运动的电子形成电流，这些电子不仅一维电场方向相同，而且二维质量场的矢量方向也一致，因此定向运动的电子在导体周围形成了旋转质量场。旋转的质量场必将表现为相应的场能效应，这就是我们看到的通电导体“激发”出的磁场。就是说，磁场的本质是旋转质量场效应，磁场的场能来自于电子的自旋。据此推理，原子的磁场主要来自于原子核，是原子核旋转的质量场使原子具有了磁性，而所谓的安培分子电流是不存在的。矢量的质量场具有同方向相吸，逆方向排斥的特性，由此决定了磁场同极相斥、异极相吸的作用规律。
磁场的极性是由质量场的旋转方向决定的。按照电磁学的理论定义，通电螺线管产生磁场的极性用安培定则判定，即用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管磁场的北极（N极）。如果用磁力线描述单匝螺线管的磁场，从导线截面上看，磁力线已闭合为同心圆，由此可以判定，闭合的磁力线方向对应于正电荷的右手旋方向（以右手拇指指向电荷的运动方向，弯曲的四指则为磁力线方向）。而实际上，带有正电荷的粒子都是左手旋粒子，质量场以左手旋绕一维电场旋转；所以，若要以质量场的旋转方向判定磁场的N极方向，就必须改用左手定则，即左手弯曲与旋转质量场方向一致，其拇指所指方向就是磁场的N极方向。就是说，理论定义的磁力线方向与质量场的旋转方向正好相反。这是一条普适性原则，对自然界中的一切物体都适用。
磁场的本质是旋转的质量场，因而通电导体在其周围激发出了磁场；反过来，当导体在磁场中运动时，磁场必将对导体中自由电子的质量场发生作用，使其移动而形成电流，这就是电磁感应现象。感生电流的产生，是导体中自由电子的质量场对外界磁场的反作用过程，电流的方向适用于右手定则；用楞次定律表述为：闭合回路中感应电流的方向，总是使它产生的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这一作用过程符合能量转化与守恒定律。
磁场还可以与运动的电荷直接发生作用。在实验室中可以观察到，运动的带电粒子在磁场中发生了偏折，这是两个矢量的质量场直接作用的结果。由于带有正电荷的粒子为左手旋粒子，带有负电荷的粒子为右手旋粒子，因此，根据旋转质量场对所形成磁场极性的定义，可以判断出带电粒子的偏折方向。通电导体在磁场的作用下发生运动，也属于这种运动形式，这种机械运动的能量，来自于导体内定向运动电子的质量场对磁场的反作用。
3. 地磁场的起源与变化规律
自然界中普遍存在着物质旋转现象，如星系的旋转、星体的自转、海水漩涡、大气涡旋和基本粒子自旋等。这些物体的旋转都伴随着质量场的旋转，因而都将产生磁效应，这就是太阳黑子、地球上的各种海水漩涡、大气涡旋产生磁场的原因。当然，宇宙中的各种天体及天体系统也不例外，地磁场就是地球在自转过程中形成的。根据地球的自转方向，运用左手定则可以作出判断，地磁场的N极方向指向地理南极。
须要说明，在宏观世界中，矢量的质量场已经退化，取而代之的是万有引力场，因此，宏观物体旋转形成的磁场，其强度随着质量场强度的下降而减弱。下降的数量级基本相当于电磁力与万有引力之比，这也是在现有实验条件下，没有观察到旋转物体产生磁场的原因。
地磁场是我们最熟悉的宏观物体产生的磁场，下面我们就用旋转质量场理论，释析地磁场的分布与变化规律。
地磁场的形成具有一定特殊性，按照旋转质量场假说，地球在自转过程中产生磁场。但是，从运动相对性的观点考虑，居住在地球上的人是不应该感受到地磁场的，因为人静止于地球表面，随地球一同转动，所以地球上的人是无法感觉到地球自转产生的磁场效应的。那么，人们在地球表面所测得的地磁场又是怎么回事呢？
原来，我们通常所说的地磁场只能算作地球表面磁场，并不是地球的全球性磁场（又称空间磁场），它是由地核旋转形成的。地球的内部结构可分为地壳、地幔和地核。美国科学家在试验中发现，地球内外的自转速度是不一样的，地核的自转速度大于地壳的自转速度。也就是说，地球表面的人虽然感觉不到地球的自转，但却能感觉到地核旋转所产生的质量场效应，就是它产生了地球的表面磁场。科学家在研究中还发现，地核的自转轴与地球的自转轴不在一条直线上，所以由地核旋转形成的地磁场两极与地理两极并不重合，这就是地磁场磁偏角的形成原因。
科学家们在对地磁场的研究中发现，地磁场是变化的，不仅强度不恒定，而且磁极也在发生变化，每隔一段时间就要发生一次磁极倒转现象。
早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万年前地磁场曾发生过倒转。1928年，日本科学家松山基范也得出了同样的研究结果。第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁极倒转。距今最近的一次发生在70万年前，正如布律内所指出的那样。
地磁场的两极为什么会发生倒转呢？根据地磁场起源理论，本文认为，地磁场磁极之所以发生倒转，是由地核自转角速度发生变化而引起的。我们知道，地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。然而，5.8亿年前，情况却不是这样，那时地球表面呈熔融状态，月球也刚刚被俘获，地球从里到外的自转速度是一致的，地球表面不存在磁场。但是，随着地球向月球传输角动量，地球的自转角速度越来越小。同时，地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核三层结构。地球自转角动量的变化首先反映在地壳上，出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。这时，在地球表面第一次可以感受到磁场的存在，地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。按照左手定则，磁场的N极在地理南极附近，磁场的S极在地理北极附近。地壳与地核自转角速度不同步，这种情形并不能长久地保持下去，地核必然通过地幔软流层物质向地壳传输角动量，其结果是地核的自转角速度逐渐减小，地壳的自转角速度逐渐增大。当地壳与地核的自转角速度此增彼减而最终一致时，地磁场就会在地球表面消失。地核与地壳间的角动量传输并不会到此为止，在惯性的作用下，地壳的自转角速度还在继续增大，地核的自转角速度继续减小，于是出现了地壳自转角速度大于地核自转角速度的情形。这时，在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应。按照左手定则判断，新形成的地磁场的N极在地理北极附近，S极在地理南极附近。从较长的时期看，整个地球的自转速度处在减速状态，但地壳与地核间的相对速度却是呈周期性变化的，这就是每隔一段时间地球磁场就要发生一次倒转的原因。
据测定，地磁场发生倒转前有明显的预兆，地球的磁场强度减弱直至为零，随后，约需一万年的光景，磁场强度才缓缓恢复，但是，磁场方向却完全相反。目前，地球磁场强度有逐渐减弱的趋势，在过去的4000年中，北美洲的磁场强度已减弱了50%，这说明地核相对地壳的速度差正在缩小。
值得说明的是，无论地球表面测得的地磁场方向如何发生变化，但是，在太空中地磁场的方向却始终是不变的。因为在太空中测得的地磁场，是整个地球自转产生的旋转质量场效应，并不会因为地壳与地核相对速度的改变而发生变化。根据左手定则，在太空中测得的地磁场的N方向始终在地理南极上空。
在电磁感应效应中，通电导体产生的磁场强度与电流强度成正比，即与导体内“定向移动”的自由电子数目成正比。而每个电子的自旋角动量又是恒定的，所以磁场强度实际上是与所有电子的自旋角动量之和成正比。同理，宏观物体产生的磁场强度，也应与旋转质量场的角动量成正比，即与物体的质量和自旋角速度成正比，与质量场的旋转半径（观测点到物体质心的距离）成反比。用公式表示为：
H = f mω/r = f 0 m / T r
(f 0为常数，T为自转周期，r为旋转质量场半径)
根据这一公式，在地球表面测得的磁场强度H，只与地核的质量成正比，角速度ω的取值为地壳与地核自转角速度之差，r为地球的半径（地磁场强度为5×10-5特斯拉）。而地球在太空中形成的空间磁场，其磁场强度与整个地球的质量成正比，与地球的自转角速度成正比（近似值），与观测点到地球中心的距离成反比。因此，在近地球的宇宙空间，地球所形成的空间磁场强度大于地表的磁场强度。空间磁场的最大特点是磁极恒定，不会像地球表面磁场那样发生磁极倒转现象。
由于空间磁场的存在，且有很高的强度，因此使太阳风中大量的带电粒子发生了偏折，在地球两极产生了极光。目前，科学家们通过人造卫星发现了地球外层空间存在着“磁层”和“辐射带”。磁层像一个头朝太阳的蛋形物，在太阳风的作用下显得极不对称，朝向太阳的一面，离地心距离只有8—11个地球半径左右，在背向太阳的一面，则延伸到远远超过地月之间的距离。
地球只是太阳系中的一颗普通星体，因此地磁场的起源理论对于太阳系中的其他天体也同样适用。
月球，地球唯一的一颗天然卫星，过去，人们一直以为月球没有磁场，但阿波罗太空船的宇航员取回的月球岩石显示，月球一度有过磁场，其后又神秘消失了。关于月球的磁场，可以这样解释，月球曾有过一个炽热的月核，月核的自转速度快于整个月球的自转速度，因而形成了月球的早期磁场。经过几亿年后，随着月球内部热量的散失，月核慢慢凝固了，与月壳结为了一体，月球内外的自转速度已趋于一致，这时月球的磁场自然就消失了。
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