歷史上,第一個(gè)提出地磁場(chǎng)理論概念的是英國(guó)人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點(diǎn),認(rèn)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(yīng)該在地球之外,而應(yīng)在地球內(nèi)部。 1893年,數(shù)學(xué)家高斯在他的著作《地磁力的絕對(duì)強(qiáng)度》中,從地磁成因于地球內(nèi)部這一假設(shè)出發(fā),創(chuàng)立了描繪地磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)方法,從而使地磁場(chǎng)的測(cè)量和起源研究都可以用數(shù)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(guī)律,但是,對(duì)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,第一類假說(shuō)是以現(xiàn)有的物理學(xué)理論為依據(jù);第二類假說(shuō)則獨(dú)辟蹊徑,認(rèn)為對(duì)于地球這樣一個(gè)宇宙物體,存在著不同于現(xiàn)有已知理論的特殊規(guī)律。
屬于第一類假說(shuō)的有旋轉(zhuǎn)電荷假說(shuō)。它假定地球上存在著等量的異性電荷,一種分布在地球內(nèi)部,另一種分布在地球表面,電荷隨地球旋轉(zhuǎn),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(nèi)外的電荷是如何分離的;其次,地球負(fù)載的電荷并不多,由它產(chǎn)生的磁場(chǎng)是很微弱的,根據(jù)計(jì)算,如果要想得到地磁場(chǎng)這樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度,地球的電荷儲(chǔ)量需要擴(kuò)大1億倍才行,理論計(jì)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)也屬于第一類假說(shuō),弗蘭克在這類假說(shuō)中提出了發(fā)電機(jī)效應(yīng)理論。他認(rèn)為地核中電流的形成,應(yīng)該是地核金屬物質(zhì)在磁場(chǎng)中做渦旋運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)感應(yīng)的方式而發(fā)生的。同時(shí),電流自身形式的場(chǎng)就是連續(xù)不斷的再生磁場(chǎng),好像發(fā)電機(jī)中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說(shuō)明了怎樣實(shí)現(xiàn)地磁場(chǎng)的再生過(guò)程,解釋了地磁場(chǎng)有一定的數(shù)值。但是在應(yīng)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(duì)渦旋運(yùn)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(nèi)的。 屬于第一類假說(shuō)的還有漂移電流假說(shuō)、熱力效應(yīng)假說(shuō)和霍爾效應(yīng)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)起源還有第二類假說(shuō),這其中最具代表性的就是重物旋轉(zhuǎn)假說(shuō)。
1947年,布萊克特提出任意一個(gè)旋轉(zhuǎn)體都具有磁矩,它與旋轉(zhuǎn)體內(nèi)是否存在電荷無(wú)關(guān)。這一假說(shuō)認(rèn)為,地球和其他天體的磁場(chǎng)都是在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的,也就是說(shuō)星體自然生磁,就好像電荷轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)一樣。但是,這一假說(shuō)在試驗(yàn)和天文觀測(cè)兩方面都遇到了困難。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下,還沒(méi)有觀察到旋轉(zhuǎn)物體產(chǎn)生的磁效應(yīng)。而對(duì)天體的觀測(cè)結(jié)果表明,每個(gè)星球的磁場(chǎng)分布狀況都很復(fù)雜,尚不能證明星球的旋轉(zhuǎn)與磁場(chǎng)之間存在著必然的依存關(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(zhēng)鳴之中,尚沒(méi)有一個(gè)具有相當(dāng)說(shuō)服力的理論,對(duì)地磁場(chǎng)的成因作出解釋。