【天然的指南针有哪些 】指南针的原理是什么？而地球磁场来源于自激发电？怎么产生的？

如果我们让一个不知道地球磁场的人说指南针运行的原理，他一定会在云里雾里把它当成神秘力量的缩影，脑子里充满玄学的解释。

指南针，在中国古代叫做司南。其主要组成部分是一根放在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并且保持在磁子午线的切线方向上，磁针的北极可以指向地理的北极，利用这一性能人类可以辨别方向。

地球是一个大磁体。地球的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。地球表面的磁体，当可以自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北。古人其实很早就发现了这种现象，但是最开始却没有将地球想象成一块磁铁。

地球磁场的概念最初来自于英国的吉伯在1600年提出的“地球是一个巨大的磁石”。所以有关地磁场起源的推测已有近400年的历史。由于地磁场好似一个近似沿自转轴方向均匀磁化的球体磁场。“永久磁石说”就成为地磁场成因最早与最自然的猜测。

而物理学家认为地核很可能是由铁、镍等天然的强磁性物质组成的，所以“地球是个大磁石”的猜测看似得到了支持。但其实地球内部的温度远超过铁的居里点（与温度相关的磁性转变点），所以这个假说难以成立。

同时期出现的另一个推测是“自激发电机说”。由拉莫尔在1919年首先提出。根据“电磁感应”现象，这个推测指出了旋转的导电流体维持自激发电机的可能性，这是关于地磁场起源的自激发电机说的最早概念。

“自激发电机说”在40年代末和50年代初由埃尔萨塞 、帕克和布拉德等人完成了较为系统详实的论述，它被称为埃尔萨塞-帕克模型和布拉德过程。随着现代大型计算机的应用，使更复杂的磁流体动力学的计算成为现实。

有专家认为“发电机机制”的主要原理是基于地球的内部结构，也就是地球的核心里面有高温的导电流体，地核的冷却主要是靠和地幔的对流，这样就产生了运动的导电。

假如地球内部一开始有微弱的“种子”磁场（局部的微弱电流可以产生局部的微弱磁场），导电的流体随着地球的转动就会和“种子”磁场作用，类似于通电的线圈在永久磁铁中的相对运动，根据法拉第电磁感应定律将会产生感应电流。

这个过程类似于发电机，所以称为发电机机制。而电流环又会产生磁场，最终就形成了地球的偶极磁场结构。由于这个过程需要局部微弱电流产生的“种子”磁场，所以这个推测也被称为“自激发发电机说”。

有各种现象表明这是现代解释地磁场最靠谱的假说，但现代科学又没有充分的证据证明地磁场就是这么产生的，所以地球磁场对于我们还真就和古人一样属于“玄学”了，至今也仍未获得圆满解决。

其实地磁场本身是很弱的，这很好理解，因为从来没听说过南北极能把飞机给扯下来。事实上飞机驾驶员也不会感到南北极周边会多出一股子吸力（物理不好的读者别和万有引力弄混了）。地磁场的磁力大概只有25-65微特斯拉，即一特斯拉的十万分之一。

“一特斯拉的十万分之一”是什么概念呢？研究员在物理实验中用的超导磁铁就可以达到3-8特斯拉，而之所以要用超导磁铁，那是因为需要太强的电流才能产生这么强的磁场。如果是用正常导体的话，由于导体的电阻不是零，导线会因为产生太多的热量而被熔化。

有读者一定会问，那是不是所有宇宙中的行星都拥有磁场呢？答案是不一定拥有。事实上火星的磁场大约在39亿年前就已经停止，这也进一步说明磁场和行星的内部结构没有直接关系。如果以后我们人类移民火星，想用指南针找路看来是不可能的了。