[科普中國]-地磁分量

地磁分量（geomagnetic element），即表示地球磁場(chǎng)方向和大小的物理量。地表某點(diǎn)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，用T表示。矢量T在坐標(biāo)系的xoy水平面上及沿各坐標(biāo)軸的投影H、X、Y和Z分別稱為水平分量，北分量(x分量)、東分量(y分量)和垂直分量(Z分量)。

定義geomagnetic element 表示地球磁場(chǎng)方向和大小的物理量。地表某點(diǎn)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，用T表示。研究這個(gè)矢量的參考坐標(biāo)系選擇如下：坐標(biāo)系的原點(diǎn)。位于研究點(diǎn)；x軸指向地理北， y軸指向地理東；z軸垂直向下，指向地心。在此座際系中矢量T在水平面的投影與x軸的夾角(即T的方位角)，稱為偏磁角(D)。矢量T的傾角，稱為磁傾角(I)。矢量T在坐標(biāo)系的xoy水平面上及沿各坐標(biāo)軸的投影H、X、Y和Z分別稱為水平分量，北分量(x分量)、東分量(y分量)和垂直分量(z分量)。磁偏角、磁頓角、總磁場(chǎng)強(qiáng)度(T)及共各個(gè)分量，統(tǒng)稱為地磁要素。地磁要素隨時(shí)間而不斷發(fā)生變化。確定某一點(diǎn)的磁場(chǎng)情況，需要三個(gè)要素，常用的是磁傾角、磁偏角和水平分量。

矢量坐標(biāo)研究地磁分量這個(gè)矢量的參考坐標(biāo)系選擇如下：坐標(biāo)系的原點(diǎn)。位于研究點(diǎn)；x軸指向地理北， y軸指向地理東；z軸垂直向下，指向地心。在此座際系中矢量T在水平面的投影與x軸的夾角(即T的方位角)，稱為偏磁角(D)。矢量T的傾角，稱為磁傾角(I)。矢量T在坐標(biāo)系的xoy水平面上及沿各坐標(biāo)軸的投影H、X、Y和Z分別稱為水平分量，北分量(x分量)、東分量(y分量)和垂直分量(Z分量)。

地磁要素磁偏角、磁頓角、總磁場(chǎng)強(qiáng)度(T)及共各個(gè)分量，統(tǒng)稱為地磁要素。地磁要素隨時(shí)間而不斷發(fā)生變化。確定某一點(diǎn)的磁場(chǎng)情況，需要三個(gè)要素，常用的是磁傾角、磁偏角和水平分量。

地磁要素是描述某點(diǎn)地磁場(chǎng)大小和方向的物理量。地磁要素常用的有7個(gè)，但確定一個(gè)向量有3個(gè)獨(dú)立的分量就夠了。O為測(cè)點(diǎn)，在直角坐標(biāo)系中Ox指地理北，Oy指地理東，Oz垂直向下。F為地磁場(chǎng)總強(qiáng)度；H為F在水平面內(nèi)的投影，稱為水平強(qiáng)度或水平分量；X為H在Ox軸上的投影，稱為北向強(qiáng)度或北向分量；у為H在Oy軸上的投影，稱為東向強(qiáng)度或東向分量；Z為F在Oz軸上的投影，稱為垂直強(qiáng)度或垂直分量；D為H偏離Ox軸即偏離地理北的角度，稱為磁偏角，H向東偏為正；I為F同水平面的夾角，稱為磁傾角，F(xiàn)向下傾為正。
各地磁要素之間有下列的關(guān)系：
X=HcosD Y=HsinD Z=HtgI
H2=X2+Y2 F2=H2+Z2=X2+Y2+Z2
H=FcosI Z=FsinI X=FcosDcosI
Y=FsinDcosI

所以7個(gè)要素之中，只能選3個(gè)做為獨(dú)立的，其余各要素都可以由它們推算出來。例如，可以測(cè)定球坐標(biāo)系的 F、D、I，或柱坐標(biāo)系的H、D、Z，或直角坐標(biāo)系的X、Y、Z。野外一般測(cè)量 H、D、I或F、H、D，而地磁臺(tái)一般記錄H、D、Z或X、Y、Z。
地磁要素F、H、X、Y、Z的單位過去常用伽馬，其符號(hào)為γ，1γ=10E-9特〔斯拉〕，即1納特。

地磁場(chǎng)水平分量地球上除高緯度地區(qū)以外，大部分地區(qū)地磁場(chǎng)水平分量是大致指北的，這個(gè)方向稱為磁北。中國由南到北，水平分量逐漸減小，約從0.04到0.02毫特[斯拉]。

概念編輯

地磁場(chǎng)水平分量（horizontal component of geomagnetic field）是指地磁場(chǎng)的總磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量T在參考坐標(biāo)系的XOY水平面上的投影，稱為地磁場(chǎng)水平分量，通常用符號(hào)H表示。水平分量的數(shù)值在赤道附近最大，約為0.03～0.04毫特[斯拉]，由赤道向兩極數(shù)值逐漸減小，兩極為零。

地磁場(chǎng)水平分量是地磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度在其水平方向的分量，是地磁場(chǎng)的三要素之一。通常用H∥表示。在鉛直方向的分量叫做鉛垂強(qiáng)度，通常用符號(hào)H⊥表示。如果某處的地磁場(chǎng)強(qiáng)度為H，則：H∥=Hcosθ，H⊥=Hsinθ，式中θ為該處的磁傾角。

地磁場(chǎng)編輯

地球周圍空間的磁場(chǎng)分為近地面磁場(chǎng)和高空磁場(chǎng)。近地面磁場(chǎng)一般指上地幔到約1000公里以下這部分空間的磁場(chǎng)。如果不加特指，地球的磁場(chǎng)就是描述近地面磁場(chǎng)，而離地面600～1000公里以上往外延伸的高空磁場(chǎng)則被稱為磁層。

偶極磁場(chǎng)——地球的磁場(chǎng)是偶極磁場(chǎng)，主要來源于內(nèi)部(圖1)。根據(jù)1975年測(cè)量，地磁南極位于北半球76.°2N，100.°6W，習(xí)慣上稱作北磁極；地磁北極位于南半球65.°8S，139.°4E，習(xí)慣上稱作南磁極。磁軸和地軸相交11.°5，磁極位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度約比赤道處的磁場(chǎng)強(qiáng)度高出一倍左右，并且磁極的位置不斷變化。通常用地磁強(qiáng)度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，單位是伽瑪(1伽瑪=10奧斯特，定義單位磁極在磁場(chǎng)中受1達(dá)因的磁場(chǎng)力，則磁場(chǎng)強(qiáng)度是1奧斯特)，地球平均地磁強(qiáng)度為50000伽瑪，在太陽系中比起水星、金星、火星的磁場(chǎng)，地球的磁場(chǎng)強(qiáng)很多，但比起其他大行星又弱。地球磁場(chǎng)不穩(wěn)定，有短期變化和長(zhǎng)期變化。短期變化有日變化、月變化、季節(jié)變化以及太陽風(fēng)引起的變化，這些變化都與地球在太陽系中的位置和自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有關(guān)；長(zhǎng)期變化主要表現(xiàn)在磁極的位置不斷改變。根據(jù)地質(zhì)時(shí)代巖石的剩余磁性測(cè)定，磁極曾發(fā)生過多次倒轉(zhuǎn)。至于倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因，至今還僅停留在“假說”階段，沒有形成完整的理論。

圖1地球的偶極磁場(chǎng)

磁層——由于太陽上發(fā)出持續(xù)不斷的穩(wěn)定粒子流(叫做太陽風(fēng))影響地球磁場(chǎng)，并把地磁場(chǎng)限制在一定的空間，使地球的偶極磁場(chǎng)到了高空中不能無限制地向外擴(kuò)張，這樣形成的磁場(chǎng)空間就是“磁層”。由于太陽風(fēng)的影響，正對(duì)太陽風(fēng)與背對(duì)太陽風(fēng)兩面不同，正對(duì)太陽風(fēng)一面，磁層達(dá)到10個(gè)地球半徑處，當(dāng)太陽活動(dòng)激烈時(shí)，太陽風(fēng)增強(qiáng)，可把磁層邊緣壓到5～7個(gè)地球半徑。磁層和太陽風(fēng)前沿 (激波面) 之間的區(qū)域叫“磁鞘”，約3～4個(gè)地球半徑。在背向太陽風(fēng)的一面，磁層可以達(dá)到幾百甚至1000個(gè)地球半徑，形成圓柱形尾巴。圓柱中間地球赤道中面區(qū)域，由于磁力線互相抵消，成為“中性片”，從中性片到磁層邊緣約22個(gè)地球半徑。在磁層邊界處地球磁場(chǎng)強(qiáng)度已減少到幾十伽瑪，磁層以外將不屬于地球磁場(chǎng)而成為行星際空間磁場(chǎng)了 (圖2)。

圖2 地球的磁層和輻射帶

輻射帶——地磁場(chǎng)在磁層范圍內(nèi)俘獲太陽風(fēng)的帶電粒子，形成兩個(gè)“地球輻射帶”，又叫“范·艾倫輻射帶”，位于中、低磁場(chǎng)緯度的上空。內(nèi)輻射帶在赤道平面距地面約1～2地球半徑，主要在地磁低緯40°以內(nèi)，外輻射帶在赤道平面距地面3～4地球半徑處，可以延伸到地磁緯度50°～70°的區(qū)域，這兩個(gè)輻射帶沒有明顯的界限，常隨太陽活動(dòng)而變化其范圍。兩個(gè)輻射帶主要是由地球磁場(chǎng)俘獲太陽風(fēng)的質(zhì)子和電子組成，但能量很強(qiáng)。內(nèi)輻射帶主要由高能質(zhì)子其次是中、低能的電子組成; 外輻射帶主要是高能電子其次是低能質(zhì)子組成。兩個(gè)輻射帶套在地球周圍，對(duì)人類活動(dòng)起保護(hù)作用，阻擋太陽風(fēng)，使人們不致受宇宙線的轟擊，使地球上生物得以生存。由于極區(qū)沒有這種保護(hù)，極區(qū)飛行要特別防止高能粒子的轟擊，因而有必要作太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)以掌握高能粒子襲擊的規(guī)律和強(qiáng)度范圍，并保證安全1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)