地球磁场及翻转对应方案.ppt

地球磁场及翻转对应方案,理学院四班彭渤,地球磁场起源,从公元1600年前后开始,最早见于威廉.吉尔伯特的各派学说众说纷纭发动机学说的影响最大,爱因斯坦归为物理学领域尚未解决的五个重大难题之一,地球磁场起源说一览表,地球磁场对宇宙射线的屏蔽与磁极翻转,地球磁场最大的作用是形成一道屏障，把宇宙射线集中到地球的南北两个磁极。太阳风在离地球大约64000公里以外，也就是10倍于地球半径的地方，以每秒数百公里的速度飞向地球，不断冲击着地球外围环境，当粒子流进入地球附近时，一部分会由于受洛仑兹力作用绕过地球，剩下的会被类似磁镜的地磁系统俘获（通常在至个地球半径外的距离就被拦截到）。所以实际上到达地球的带电粒子只剩下很少的一部分。过去的7500万年中，地球磁场的方向至少翻转过170次，平均每隔45万年翻转一次。而许多学者甚至认为，地球磁极翻转的周期为为25万年。最近的75万年里（也有的说是100万年），地球磁场一直没有反转过。丹麦行星科学中心研究人员发现：地球南北极上空磁场正在出现裂缝，或者说出现破洞，他们据此认为地球磁极将在近期内不可避免地发生位移。最终南北极换位。德国波茨坦地球物理所科学家进行更深入的观察，得到类似的结论。地磁极发生翻转时，地磁极极有可能出现暂时消失的情形。,对应方案,在“射向”地球的宇宙射线中，太阳辐射粒子流（太阳风）占主要成分，而太阳风主要成分为氢原子核（质子），在地球轨道上，太阳风速度约为500公里/秒。故可用速度5105m/s的质子流代表宇宙射线。,应对方案一：电磁铁群,地球上沿经线布置一组电磁铁，构成人造磁场，有点象一个手榴弹，圆形弹体代表地球，弹体上的方块代表电磁铁，N极向下，S极向上，彼此相吸。产生人工磁场保护地球,替天而为,计算分析：以其中一段经线上的两个磁极为例为例,用两个载流线圈代表电磁铁，设电流I，彼此距离2d，线圈半径R.为简化问题，以投影到连线中心的P点为研究点，考虑P点的x轴磁感应分量（只有这个方向的分量对入射粒子有拦截作用）,设初始条件为：设通过线圈的电流为1000安，线圈半径1000米，两线圈相隔2000米，p点距地球十公里处，即I=1000A,r=1000m,h=rtan=10000m，此时rR,故可简化式子：,对速度为500km/s的质子，产生偏转加速度：,可以用加铁心，增加线圈匝数的办法来增加它的磁场，但是作用非常有限的。目前有用利超导体制作的电磁铁，能够产生几十t的磁感应强度，但这样的电磁铁，第一：规模不大。第二：在地表附近产生如此巨大的磁场，势必严重影响到人类生活。方案一失败。,方案二：超导线圈构造磁偶极子模拟地球磁场,对粒子有“拦截”作用的磁场，规模必须足够大如果让地球南北两极“戴上”一个巨大的超导体线圈，就可以构成一个类磁偶极子的磁场，来模拟地磁场。,日地空间物理248页,超导环的位置。,电磁系统产生的磁场已很接近地磁场，能起类似地磁场的作用，只要这个系统产生和地球同样的磁距，目的就达到了。,电流强度是异常大的，应该考虑使用超导体及多匝线圈的办法，如：用10000匝线圈，则电流强度应3.4104A,这个方案成功与否，关键取决于超导工业的发展。,超导环半径的大小：,国外最新的超导材料已经达到长1000-2000米、电流密度在10000-15000安培平方厘米以上的水平,电流大小：,偷懒的想法。,1850年，爆发的太阳风暴：美国与欧洲的通信线路同时短路，因此引发了大量的火灾,电流可调，但最大值至少要与上面计算相等,方案三月球分子模型,月球以一定速度绕地球旋转，这很像一个分子电流模型，我们设想给月球加上一定电荷，那它绕地球转动就可以产生一个磁场，把地球“罩”在这个磁场保护之内。目的：让射向地球的宇宙射线（主要是太阳风）受洛仑兹力作用偏转开去,避开地球。,设粒子在这时入射到离地球10倍半径的地方，在它飞到地球表面的这段时间内，受洛仑兹力作用偏转，最后擦着地球边缘横向飞出。,作用时间：,要在这段时间内横向偏转一个地球半径：,要求作用在质子垂直飞行方向的B为,在a点，月球产生的磁感应强度：,b点,月球带电量为Q，则月球产生的电流元为：Idl=Qv,当月球运行到地球背面时，在地球迎太阳一面产生磁场最弱，为,a,b,以b点计算:,则需要给月球加上：3.341010C的电荷,那么即使是最坏的情况下，太阳风粒子也不能达到地球,其他影响：,这些电荷在地球产生磁场为：,电荷是守恒的，对月球加上电荷，意味着给另一物体加上电性相反的等量电荷，而看来这些电荷只能加到地球上去。在这种情况下，两者之间库仑力为：,万有引力：1.81020N,库仑力为万有引力的：0.310-6,可行性问题,谢谢观赏,感谢叶邦角老师的指导,感谢各位老师的斧正,