歷史上,第一個(gè)提出地磁場(chǎng)理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點(diǎn),認為地球自身就是一個(gè)巨大的磁體,它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地磁場(chǎng)與地球的關(guān)系,指出地磁場(chǎng)的起因不應該在地球之外,而應在地球內部。 1893年,數學(xué)家高斯在他的著(zhù)作《地磁力的絕對強度》中,從地磁成因于地球內部這一假設出發(fā),創(chuàng )立了描繪地磁場(chǎng)的數學(xué)方法,從而使地磁場(chǎng)的測量和起源研究都可以用數學(xué)理論來(lái)表示。但這僅僅是一種形式上的理論,并沒(méi)有從本質(zhì)上闡明地磁場(chǎng)的起源。 科學(xué)家們已掌握了地磁場(chǎng)的分布與變化規律,但是,對于地磁場(chǎng)的起源問(wèn)題,學(xué)術(shù)界卻一直沒(méi)有找到一個(gè)令人滿(mǎn)意的答案。
關(guān)于地磁場(chǎng)起源的假說(shuō)歸納起來(lái)可分為兩大類(lèi),第一類(lèi)假說(shuō)是以現有的物理學(xué)理論為依據;第二類(lèi)假說(shuō)則獨辟蹊徑,認為對于地球這樣一個(gè)宇宙物體,存在著(zhù)不同于現有已知理論的特殊規律。
屬于第一類(lèi)假說(shuō)的有旋轉電荷假說(shuō)。它假定地球上存在著(zhù)等量的異性電荷,一種分布在地球內部,另一種分布在地球表面,電荷隨地球旋轉,因而產(chǎn)生了磁場(chǎng)。這一假說(shuō)能夠很自然地通過(guò)電與磁的關(guān)系解釋地磁場(chǎng)的成因。但是,這個(gè)假說(shuō)卻有一個(gè)致命缺點(diǎn),首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的;其次,地球負載的電荷并不多,由它產(chǎn)生的磁場(chǎng)是很微弱的,根據計算,如果要想得到地磁場(chǎng)這樣的磁場(chǎng)強度,地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行,理論計算和實(shí)際情況出入很大。 以地核為前提條件的地磁場(chǎng)假說(shuō)也屬于第一類(lèi)假說(shuō),弗蘭克在這類(lèi)假說(shuō)中提出了發(fā)電機效應理論。他認為地核中電流的形成,應該是地核金屬物質(zhì)在磁場(chǎng)中做渦旋運動(dòng)時(shí),通過(guò)感應的方式而發(fā)生的。同時(shí),電流自身形式的場(chǎng)就是連續不斷的再生磁場(chǎng),好像發(fā)電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說(shuō)明了怎樣實(shí)現地磁場(chǎng)的再生過(guò)程,解釋了地磁場(chǎng)有一定的數值。但是在應用這種模型的時(shí)候,卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣通過(guò)圓形回路而閉合的。此外,這個(gè)模型也沒(méi)有考慮到電流對渦旋運動(dòng)的反作用,而這種反作用是不允許渦旋分布于平行赤道面的平面內的。 屬于第一類(lèi)假說(shuō)的還有漂移電流假說(shuō)、熱力效應假說(shuō)和霍爾效應假說(shuō)等,但這些假說(shuō)都不能全面地解釋地磁場(chǎng)的奇異特性。 關(guān)于地磁場(chǎng)起源還有第二類(lèi)假說(shuō),這其中最具代表性的就是重物旋轉假說(shuō)。
1947年,布萊克特提出任意一個(gè)旋轉體都具有磁矩,它與旋轉體內是否存在電荷無(wú)關(guān)。這一假說(shuō)認為,地球和其他天體的磁場(chǎng)都是在旋轉中產(chǎn)生的,也就是說(shuō)星體自然生磁,就好像電荷轉動(dòng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)一樣。但是,這一假說(shuō)在試驗和天文觀(guān)測兩方面都遇到了困難。在現有的實(shí)驗條件下,還沒(méi)有觀(guān)察到旋轉物體產(chǎn)生的磁效應。而對天體的觀(guān)測結果表明,每個(gè)星球的磁場(chǎng)分布狀況都很復雜,尚不能證明星球的旋轉與磁場(chǎng)之間存在著(zhù)必然的依存關(guān)系。 因此上說(shuō),關(guān)于地磁場(chǎng)的起源問(wèn)題,學(xué)術(shù)界仍處在探索與爭鳴之中,尚沒(méi)有一個(gè)具有相當說(shuō)服力的理論,對地磁場(chǎng)的成因作出解釋。