地震波顯示，地球外核處於熔融狀態，我們雖然無法直接探測到這些物質，但可以分析出地核是由鐵和鎳物質構成的，這是形成磁場的關鍵。也就是說，地核是一個固體-熔融體-外加一個液態金屬環流形成的結構，這是地球上最大的“發電機”，也是製造磁場的關鍵。

出品：太空伊卡洛斯

地球上的磁場對人類的意義重大，鴿子透過磁場辨認方向，人體雖然無法感覺到磁場的存在，但我們知道磁場可阻擋太陽風粒子轟擊地球大氣，保住了臭氧層，讓人類有了安全的生活環境。對地球上所有的生命來說，地球磁場佔據著十分重要的位置。它就像是一個天然的屏障，保護著我們的地球，我們並不需要擔心太陽風帶電粒子和臭氧層被太陽侵蝕等的危害。

圖注：這是一張很經典的地球磁場效果圖，可以看出南北兩極磁場影響區域用兩種顏色繪製，在中心位置，磁場非常密集。

圖注：北極磁極每隔10年波動一次，如果地球失去磁場，那麼人類文明基本中止

通常來說，地球磁場都是以極其穩定的狀態進行波動的。磁場會因為液態外核的移動而改變磁的南北極方向。就算是現在，磁北極也以每年64公里的速度在移動。但如果地核發生了重大的波動，那麼磁場將會直接發生磁場翻轉現象。這個情況不是沒有出現過，每20至30萬年發生一次。不用擔心，透過對過去發生的磁極翻轉現象的研究，科學家發現磁極翻轉並不會給地球帶來一些災難性事件。磁場翻轉在地球上已經發生過，也沒有對地球上的生物構成致命的影響，數千萬年內發生了數次，也沒有發生生物因為磁場翻轉而滅絕。

圖注：核心是個巨大的發電機

半徑3400公里的地核是主角

地球磁場的存在與地核離不開關係，因為地核溫度等因素，地質學家無法直接研究地核，所以只能透過地震資料資料、隕石分析等間接辦法對其進行研究。在這之間，研究地震波是研究地核的最好辦法。地震波就是地震時，在地表附近產生的衝擊波，地震波的速度和頻率與壓力、溫度、岩石結構等因素息息相關。

圖注：地球核心與磁場的相互關係

透過對地震波的研究，地質學家成功地分析出地核的成分結構。在19世紀末，地質學家發現S波在經過地球深處的陰影帶時就消失了，地質學家推測S波如果不是完全停止了傳播，那麼就是在這裡發生了改變。而S波無法在液體和氣體中進行傳播的特徵，可以表明這片陰影帶中存在著液體。而在20世紀出現的P波在經過地表下5150公里時突然增加速度，這說明地表之下處有著固態核心的存在。那些撞向地球的隕石，在某種程度上也能讓我們研究地核。因為它們基本都是小行星碎片和岩石體，而這些小行星與地球在形成時間和成分結構上十分相似，所以研究隕石也就是在研究我們的地球。

圖注：地球磁場保護模式，抵抗太陽風的帶電粒子，實現對臭氧層的保護

在實驗室裡，科學家能夠利用相關裝置模擬地核的高壓，X射線則充當著地核溫度的角色，透過這些來還原地核內部的情況。地震波顯示，地球外核處於熔融狀態，我們雖然無法直接探測到這些物質，但可以分析出地核是由鐵和鎳物質構成的，這是形成磁場的關鍵。也就是說，地核是一個固體-熔融體-外加一個液態金屬環流形成的結構，這是地球上最大的“發電機”，也是製造磁場的關鍵。

圖注：如果地球的南北磁極互換，這種逆轉是強磁場發生的結果，在地球歷史上發生過好多次。

發電機理論

外核透過旋轉產生了地球磁場，這使得外核的磁場強度其表面的50倍，所以從這也可以看出，地球的磁性是由外核產生的。有可能是核心的溫度過高，所以使鐵的磁性發生了改變，在溫度達到居里點時，磁場的方向就會發生偏轉。外核的執行機制其實是個“大地發電機”。在這種發電機的內部，旋轉和流體介質以及內部能量都是必備的條件。流體介質能夠導電，內部能量能夠推動流體的對流。而旋轉、電導率和熱量等因素會對發電機的磁場產生干擾。火星（固態核心）和金星（液態核心，旋轉速度太慢）都因為條件不符合，所以不能產生一個較強的磁場。

圖注：不斷移動的磁北極

擁有液態核心的木星則是因為旋轉速度過快而一直處於旋轉的過程中。地球穩定的旋轉速度（大約每小時1675公里），可以使對流呈現螺旋形的科里奧利力，再加上外核中可以產生電流的液態鐵，這一切因素的完美組合使地球成為可居住帶中的大地發電機。在固態核心中，液態鐵的凝結可以給外核提供所需的能量。凝固釋放出的熱量使剩餘的液態鐵更加漂浮，在這之間，較熱的液體會向上呈螺旋形旋轉，而較冷的液體則是往下旋轉，形成源源不斷的磁場。