第八章 帶電粒子流作用下的磁場
採用比較行星學的觀念來看待地球磁場，也就是把地球磁場形成理念歸納入行星磁場的產生機理中去。這樣形成的理論，應該是最能切合實際情況的理論。也就是說，該理論能夠基本解釋我們所遇到的地球磁場理論的困難。
從監測到的八大行星有關數據來看，行星的磁場強度和行星的自轉速度密切相關。例如：金星，它和地球其它參數都非常接近，但是它的自轉速度很慢，所以它幾乎沒有磁場；而自轉周期時間很短的行星幾乎都有強磁場，如：木星、土星等。應用這些參數歸納出的行星磁場理論，應該就是所描述行星磁場理論的源泉。
§1地球磁層的變化
太陽系是迄今為止人類能直接探測到的天體系統；其監測的主要對象是太陽的對外輸出，除了引力和光之外，其它參數還有許多。主要包括太陽的多波段電磁輻射,太陽物質拋射事件和太陽帶電粒子事件；由此而引起的行星際太陽風暴，磁層亞暴和磁暴，電子通量增強事件，粒子沉降，輻射帶變化，電離層擾動和閃爍，中高層大氣密度和溫度，風速和成分等的擾動以及空間電狀態改變等等；監測現象的空間，時間尺度的變化範圍大。監測現象的局部地域性與全球性。如地磁異常，粒子沉降，電離層異常，地形地貌對高空大氣的成分，狀態的影響。空間天氣的全球性，如存在隨地球的磁經，磁緯度的全球分布與變化。
空間探測發展也非常非常快，它除了採用了很多新的物理思想以外，就是非常先進的探測技術。地球空間是由太陽磁場和地磁場相互作用形成的，實際上，地球是浸泡在相當多的等離子體中，像一個水泡一樣的等離子體空間，它和太陽相互作用，就形成地球磁層，地球磁場的許多變化，都是來自於太陽變化的影響。地球磁層的變化和地球磁場的變化是不太能區分開來的，它們都和太陽的變化息息相關，地磁擾動由地磁指數表達。
一、地磁指數（geomagnetic indices）
描述每一時間段內地磁擾動強度的一種分級指標，或某類磁擾強度的一種物理量。時間段均按世界時劃分。地磁指數可以分為兩類。
第一類地磁指數：描述每一時間段內地磁擾動強度的指數。在中、低緯度地區，擾動的強度是按地磁場水平強度的變化確定的。
C和Ci指數 C 指數是單個地磁臺用來描述每日(有時也用於每個小時)地磁擾動強度的指數，分為0、1、2等3級,稱為磁情記數。各地磁臺每日記一個數。當地磁變化比較平緩而無顯著擾動時記為0,當地磁變化比較迅速而擾動幅度較大時記為2。
Ci指數是描述全球每日地磁擾動強度的指數，稱為國際磁情記數。各個地磁臺在同一日期所確定的記數 C很可能不一致，為使每日取得一個確定的記數，以描述全球的地磁擾動強度，即由各個協作臺站的每日記數C求其平均值，取至一位小數，故Ci指數從0.0到2.0共分為21級。
K和Kp指數 K指數是單個地磁臺用來描述每日每個3小時內的地磁擾動強度的指數，稱為三小時指數或磁情指數。1938年德國尼梅克地磁臺首先採用了這種指數。這是一種定量的分級指數，從0到9共分10級，數字越大表示地磁擾動越強。每日分為8個時段,00～03時為第一時段，03～06時為第2時段……，21～24時為第8時段。每個時段確定一個K值，K值大小由各個時段的純幹擾變化的幅度a決定。純幹擾變化的幅度就是消除了太陽靜日變化和太陰日變化之後的純屬地磁擾動的幅度。分級的辦法是按照近似的對數關係給每一級K值規定一個幅度下限amin, 單位為納特（nT）。如，尼梅克地磁臺(地磁緯度Φ=52.2°N) K 和amin的對應關係，其中K＝9的幅度下限amin(9)=500 納特是由地磁史上最強的一次地磁擾動的幅度確定的。這個最大的擾動幅度出現在1938年4月16日06～09時。
地磁擾動是隨著地磁緯度升高而增強的。為使在每日的相同時段內,各個地磁臺所確定的K值和尼梅克地磁臺所確定的K值取得一致,處在不同地磁緯度地區的地磁臺應有不同的K和amin的對應關係。
Kp指數是全球三小時磁情指數，稱為行星性三小時指數或國際磁情指數。全球選取12個標準地磁臺。在這些臺站上，10級K指數被轉化為28級Ks標準化指數，Ks分為00、0+、1-、10、1+……8-、80、8+、9-、90，並且分別季節和3小時時段列出了K同Ks 的對應表。由這12個臺站所確定的K值即可從表中查出相應的Ks值。這些臺站的每日各個相應時段Ks的平均值就定義為Kp指數。每日共有8個Kp值，數值亦在00到90之間。
Ak和Ap指數 Ak指數是單個地磁臺描述全日的地磁擾動強度的指數，稱為等效日幅度。因為K同a的關係是非線性的，所以直接採用每日的8個K值之和來描述每日的地磁擾動的強度是不恰當的。因此又把每一級K轉化為一定的幅度ak，每日8個ak之平均值即為Ak指數。
ak是由每一級K對應最多的幅度ɑ確定的，稱為等效三小時幅度，亦稱ak指數。美國切爾滕納姆地磁臺（地磁緯度Φ=50.1°N）確定的K 和ɑk的對應表。其中ɑk以2納特為單位。其他地磁臺以此表為基礎可按一定關係進行K和ak的換算。
Ap指數是全球的全日地磁擾動強度的指數，稱為行星性等效日幅度。同理又把每一級Kp轉化為一定的幅度ap,稱為行星性等效三小時幅度,亦稱ɑp指數。其中，ap以2納特為單位。每日8個Kp可確定8個ap；每日8個ap之平均值，即為Ap指數。
Cp指數 另一種描述全球全日地磁擾動強度的分級指數，稱為全日行星性磁情記數。這是以每日8個ap之和為基礎進行分級的,從0.0到2.5共分為26級。
由Cp和Ap的定義可知，CP不過是AP的一種簡化形式,二者之間沒有什麼本質區別。此外，CP和Ci也是一致的,只是Ci=2.0被擴展為CP=2.0～2.5六級了。
U和U1指數 描述全球每月和每年的地磁擾動強度的指數。主要是反映磁暴對地磁場的影響。
U指數是地磁赤道處地磁場水平強度日均值的逐日差在一個月或一年內的平均值，單位取為納特，並取係數為0.1,以使U 的數值在1附近。
U1指數是U 指數的改進。根據實用經驗曾把U 改進為U1。U和U1可同時採用。
第二類地磁變化指數 專門描述某類磁擾強度的指數。
Dst和DS指數 Dst指數是描述磁暴時變化的指數。在地磁赤道附近選取 5個均勻分布在不同經度上的地磁臺，這些臺站的每個小時內水平強度變化的平均值就是Dst的數值，單位為納特。這種指數主要是為了描述環電流擾動場DR的強度，亦即描述DR環電流的強度。
DS指數是描述環電流擾動場DR的強度（即DR環電流的強度）沿經度方向不對稱性程度的指數。DS的數值取為上述 5個地磁臺的每個小時內水平強度變化的最大差值，單位為納特。
AU、AL及AE指數 描述極區磁亞暴強度即描述極光帶電急流強度的指數。這些指數的數值，由均勻分布在極光帶附近各個地磁臺的每個小時內水平強度變化來決定(應消除平均的平靜變化)，水平強度的單位為納特。
AU指數是在這些臺站中每個小時內的最大正變化。正變化出現在午後和傍晚，因此，AU指數反映了東向的極光帶電急流的強度。
AL指數是在這些臺站中每個小時內的最大負變化。負變化出現在夜間和早晨，因此，AL指數反映了西向的極光帶電急流的強度。
AE指數是每個小時內最大正變化同最大負變化的絕對值之和。
國際地磁靜擾日 全球共同採用的磁靜日和磁擾日。由國際地磁指數服務機構根據每日8個Kp之和、平方和、最大值Kpmax三者的平均值來確定各日的靜擾程度，並且選定國際地磁靜擾日。國際磁靜日為每月5個地磁擾動最小的日期。國際磁擾日為每月5個地磁擾動最大的日期。從國際地磁靜、擾日的選定方法可知，國際磁靜日和國際磁擾日的選定標準不是絕對的，不同月份的國際磁靜日或國際磁擾日之間的地磁擾動程度可能相差很大，這完全取決於每個月份出現的地磁擾動狀況。
二、空間天氣預報
空間天氣對人類社會的發展越來越重要，其預報的準確性、可靠性和及時性直接關係到減少或避免空間災害給人類活動帶來巨大的損失和危害。
地球的周圍並非像我們看到的那樣空空如也。除了我們相對了解的大氣層之外，我們的身邊還受到地球的重力場和磁場、還有其他星球的引力場和磁場、以及各種空間電磁輻射的作用。通常情況下，我們在厚厚的大氣層保護之下，並沒有最直接地感覺到這些磁場或者輻射離子的作用，但是如果在那些大氣稀薄而不能提供有力保護的高層大氣、電離層等太空區域，或者當地球磁場受到太陽粒子的影響而發生大的擾動的時候，就會出現磁暴、極光等空間天氣現象。
一般來講，空間天氣又被稱為空間環境（space environment）。它是指圍繞地球受地球磁場、引力場和電磁輻射等所控制的空間範圍內的環境。該環境主要涉及：一、重力場（即地球引力場）；二、中性高層大氣；三、由電離層、等離子體層、磁層及各邊界層構成的空間等離子體和波；四、高能粒子（由輻射帶和宇宙線構成）；五、來自太陽的電磁輻射、地氣熱輻射、電場和磁場；六、來自宇宙空間的流星體；七、人類航天活動產生的空間碎片。而在這些因素裡面，對空間天氣影響最大的則來自太陽。太陽作為距離地球最近的恆星，就是一個不斷噴發的動力源，把各種物質、高能粒子、以及磁場等源源不斷地拋射出來，它們不斷衝擊著地球的磁場和電離層，從而對地球周圍的空間天氣產生巨大的影響。
空間天氣預報為空間天氣變化的規律研究、模式與預測、效應分析、防護措施、地面與空間技術系統的運作，以及人類活動決策等提供觀測數據。建立空間天氣的地面、空間的全球監測網是建立和發展空間天氣學的基石，是第一位的制約因素。空間天氣的監測具有以下顯著的特點。
(1)監測的空間範圍很大，從地面2～30千米以上直至太陽，它由物理性質和結構很不相同的5個空間區域：太陽大氣、行星際介質、地球的磁層、電離層、中高層大氣所組成。這些空間區域已經成為人類活動的重要區域，是空間天氣學的主要監測對象。
(2)監測的對象和參數多，空間天氣監測的主要對象包括：太陽活動、多波段電磁輻射增強輸出、日冕物質拋射事件和太陽質子事件、行星際太陽風擾動、行星際磁場方向變化、磁層亞暴和磁暴、粒子沉降、輻射帶變化、電離層擾動和閃爍、中高層大氣密度和溫度、風速和成分等的擾動以及空間電狀態改變等等。
(3)監測現象的空間、時間尺度的變化範圍大。空間尺度從行星際激波的106千米到中高層大氣的1千米左右；時間尺度從幾分鐘、幾小時、幾天到11年太陽活動周變化。
(4)監測現象的地域性與全球性。如地磁異常、粒子沉降、電離層異常、地形地貌對高空大氣的成分、狀態的影響；空間天氣的全球性，如存在隨地球的經、緯度的全球分布與變化。
(5)監測現象的相關性強。太陽日冕物質拋射、行星際風暴、地磁暴、電離層暴、中高層大氣中的熱層暴和銀河宇宙線暴等都存在著很強的時序因果間的相關性。
空間天氣預報是基於我們對空間環境的不斷監測，掌握其一定的變化規律，給出空間環境的未來變化趨勢的預測。因為太陽活動的重要性，所以監測太陽黑子、冕洞、日珥、耀斑等太陽活動現象則是空間天氣預報中極為重要的內容。空間天氣預報還將進一步地為服務對象提供更詳細的預警信息和行為指導。
空間天氣預報的內容主要有幾個方面：一是太陽活動預報，包括周期性活動和爆發性活動，如太陽黑子數、耀斑、高速太陽風等。二是行星空間天氣預報，如行星際磁場的大小和方向，太陽風狀態等。三是地球空間天氣預報，包括磁暴、地磁活動、極光現象、電離層暴等。空間天氣預報比氣象預報複雜得多，它涉及的空間區域從地球表面幾十千米一直到太陽表面。空間天氣關心的「風」是太陽風，「雨」是來自太陽的帶電粒子雨，空間天氣沒有陰晴之分，只有太陽和地磁場的「平靜」與「擾動」之別，空間天氣不注重冷暖，特別關心的是太陽紫外線和X射線的變化。太陽活動平靜時是「好天氣」；當太陽活動頻繁，可能影響到地球上的通信、導航和電力系統，以及衛星或太空飛行器的運作時，便是「壞天氣」。
預報常有的項目：長期短波通訊突然騷擾和太陽質子事件、太陽黑子相對數、太陽10釐米射電流量、太陽X射線耀斑等預報方法，其形成了一整套預報方法體系。
地球大氣層外的世界，諸如等離子體，內外輻射帶，磁層，環電流，等逐漸被一一發現，但是未知的東西仍然很多，因此，空間探測成為地球空間和航天技術緊密結合的現代科學技術領域，實際上我們在探測地球空間的同時，還在探測行星際空間和正在準備向太陽系以外的一個空間發射衛星，人類終將徹底認識自身生存的世界。
三、磁暴(Magnetic storm)
全球性的強烈地磁場擾動即磁暴。所謂強烈是相對各種地磁擾動而言。其實地面地磁場變化量較其平靜值是很微小的。在中低緯度地區，地面地磁場變化量很少有超過幾百納特的（地面地磁場的寧靜值在全球絕大多數地區都超過3萬納特）。一般的磁暴都需要在地磁臺用專門儀器做系統觀測才能發現。
磁暴是常見現象。不發生磁暴的月份是很少的，當太陽活動增強時，可能一個月發生數次。有時一次磁暴發生27天（一個太陽自轉周期）後，又有磁暴發生。這類磁暴稱為重現性磁暴。重現次數一般為一、二次。
當激波掃過地球時，磁層就被突然壓縮，造成磁層頂地球一側的磁場增強。這種變化通過磁流體波傳到地殼，表現為地面磁場增強，就是磁暴急始。急始之後，磁層被壓縮，壓縮劇烈時，磁層頂可以進入同步軌道之內。與此同時磁層內的對流電場增強，使等離子體層收縮，收縮劇烈時，等離子體層頂可以近至距地面2～3個地球半徑。如果激波之後的太陽風參數比較均勻，則急始之後的磁層保持一段相對穩定的被壓縮狀態，這對應磁暴初相。
磁暴期間，磁層中最具特徵的現象是磁層環電流粒子增多。磁層內,磁赤道面上下4個地球半徑之內，距離地心2～10個地球半徑的區域內,分布有能量為幾十至幾十萬電子伏的質子。這些質子稱為環電流粒子，在地磁場中西向漂移運動形成西向環電流,或稱磁層環電流，強度約106安。磁層環電流在磁層平靜時也是存在的。而磁暴主相時，從磁尾等離子體片有大量低能質子注入環電流區，使環電流幅度大增。增強了的環電流在地面的磁效應就是H分量的下降。每注入一次質子，就造成H下降一次，稱為一次亞暴，磁暴主相是一連串亞暴連續發生的結果。磁暴主相的幅度與環電流粒子的總能量成正比。磁暴幅度為100納特時,環電流粒子能量可達4×1015焦耳。這大約就是一次典型的磁暴中磁層從太陽風所獲得並耗散的總能量。而半徑為 3個地球半徑的球面之外的地球基本磁場的總能量也只有3×1016焦耳。可見，磁暴期間磁層擾動之劇烈。
19世紀 30年代 C.F.高斯和韋伯建立地磁臺站之初,就發現了地磁場經常有微小的起伏變化。1847年，地磁臺開始有連續的照相記錄。1859年9月1日，英國人卡林頓在觀察太陽黑子時，用肉眼首先發現了太陽耀斑。第二天，地磁臺記錄到 700納特的強磁暴。這個偶然的發現和巧合，使人們認識到磁暴與太陽耀斑有關。還發現磁暴時極光十分活躍。19世紀後半期磁暴研究主要是積累觀測資料。
磁暴和磁層暴是同一現象的不同名稱，強調了不同側面。儘管磁暴的活動中心是在磁層中，但通常按傳統概念對磁暴形態的描述仍以地面地磁場的變化為代表。這是因為，人們了解得最透徹的仍是地面地磁場的表現。
磁暴開始急，發展快，恢復慢，一般都持續兩三天才逐漸恢復平靜。磁暴發生之後，磁照圖呈現明顯的起伏，這也是識別磁暴的標誌。同一磁暴在不同經緯度的磁照圖上表現得很不一樣。為了看出磁暴進程，通常都需要用分布在全球不同經度的若干個中、低緯度臺站的磁照圖進行平均。經過平均之後的磁暴的進程稱為磁暴時（以急始起算的時刻）變化，記為Dst。
四、磁層亞暴（magnetospheric substorm）
發生於地球磁層的強烈擾動。簡稱亞暴。持續時間為1～2小時。主要擾動區域包括整個磁尾、等離子體片和極光帶附近的電離層。1961年，赤祖父俊一和S.查普曼把磁暴主相分解為環電流磁場和極區擾動磁場。極區擾動磁場的持續一般為1～2小時，比磁暴的持續時間短得多，故又稱極區擾動磁場亞暴，也稱地磁亞暴；因為極光活動時間和地磁亞暴一致，故極光活動又稱極光亞暴。1968年，赤祖父俊一把它們統稱為磁層亞暴，因為它們都是磁層擾動的表現。
亞暴起始時，平靜光弧突然增亮，增亮區擴大，這就是極光亞暴。亞暴是南北半球共軛的，共軛點上有相同現象，共軛點是指同一條磁力線截於南北半球地面的兩點。亞暴是磁尾的一種激烈而頻繁的運動形式，磁擾日裡幾乎每天都發生數次。亞暴常成串出現，時間間隔無規律，有時第一次尚未結束，第二次接踵而來，這稱為疊發亞暴。每一次爆發來不及構成完整的膨脹相，而只是一次接一次的極光增亮。亞暴的發生與行星際磁場和太陽風狀態有密切關係，一般當行星際磁場持續一段時間偏南之後，就會發生一連串亞暴。
五、地球空間暴
地球空間暴這個名詞概括地球空間相互聯繫的爆發事件。定義地球空間暴包括磁層亞暴、磁暴、磁層粒子暴、電離層暴和熱層暴，其中磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴可稱為磁層空間暴，這是當前地球空間最具有挑戰性的關鍵科學問題。
特別是磁層粒子暴，是人造衛星的殺手，破壞力極強。人類也進一步認識到，這些空間暴的發生機理和發展機制非常複雜，常常在地球的這一側觸發，而其能量卻能傳到地球的另外一側，並引發其它爆發，因而是不同空間層次和不同時空尺度的全球過程。
地球空間環境經常爆發的有「五暴」，其中磁層有「三暴」：磁暴、亞暴和粒子暴，此外還有電離層暴和熱層暴；而磁層變化與另外兩個處於同一層面的電離層和熱層變化，緊密相聯並相互影響。
包括磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴。
―磁層亞暴是發生在磁層中巨大能量存儲突然釋放的瞬變活動，大約每天發生3－4次，每次釋放的能量大約相當於一次中等地震的能量。連續發生的磁層亞暴與強磁暴有密切關係。
―磁暴是全球地磁場的劇烈活動，可引起電磁層和高層大氣的劇烈擾動，這對航天活動、通信、導航的定位精度有重要影響。
―磁層粒子暴是近地磁層中各類粒子爆發性事件，對航天活動有重要影響。
―電離層暴和熱層暴是電離層和電離層附近發生的劇烈變化。電離層通訊條件發生改變，稱之為電離層暴的惡劣變化；衛星軌道的大氣加熱，密度增加，發生所謂熱層暴以及高能量電子的通量突然增強事件等。
簡單地說，依據以前的知識，我們都把磁層磁場和地球磁場理解成為一種自然現象。為了更好地理解地球磁場，我們把它分為磁層磁場和地磁場來探討，很多機理就容易明白了。抵禦太陽風和太陽風相互作用的都是磁層磁場，強烈擾動太陽風使磁層磁場發生了變化，然後又影響到了地磁場。僅有三千千米的地核產生的地磁場不可能影響到六萬多千米的磁層磁場，它們之間距離相差二十多倍呢，而且在磁層頂其還相當強勁。
§2行星磁層
太陽風與地球磁場相互作用產生磁層的各個層次結構的理論預測，都逐一為空間飛船的觀測所證實。地球磁層現象不是地球所獨有的，其他太陽系行星也各有相同或者類似的磁層結構。在太陽系的八個行星中除天王星、海王星因距離遙遠所知情況較少外，其他幾個行星都先後有宇宙飛船探測過，內行星：水星和金星有飛船水手10號、水手5號飛過，外行星：木星和土星有飛船先鋒10號、先鋒11號和航行者1號和2號飛經其附近，火星由專門的火星3和5對其磁場測量。人類不能只滿足於對自己居住行星的了解，也會擴大我們的視野一樣，只有對其他行星詳細地測探，才會更好地了解我們的地球。
關於行星磁場的產生機理，時至現在仍然還是一個沒有歸納出來的疑問。關於它產生的原因也已有許多種假說，這些假說雖然能夠解釋一些現象，但是都存在它們的理論缺陷。
大行星的磁場
衛星探測表明，太陽系中的水星、地球、木星和土星都具有較強的磁場,太陽風流過它們時都形成自己的磁層。太陽及其行星際磁場一同在星際空間運行，排斥星際介質而形成大的日球層，就是太陽磁層。由於等離子體的密度和速度以及星體磁矩的大小和方向等都不相同，磁層的尺度和結構也有著很大的差異。
在行星周圍，被太陽風等離子體包圍，受星體磁場控制的空間區域就是行星磁層。行星磁層的形成和結構形態，主要取決於太陽風和行星磁場的分布。行星磁層基本上可分為三種類型。
1、偶極磁場的慢旋轉磁層 有些行星生成較強的偶極磁場，這一磁場的磁壓，足以在離行星相當遠的距離處與太陽風的動壓相平衡，形成磁層頂。同時，這些行星的旋轉速度很慢，旋轉對於磁層結構的影響可以忽略。地球磁層就屬於這種類型。
2、偶極磁場的快旋轉磁層 有的行星生成較強的偶極磁場，而這些行星的旋轉速度較快，旋轉對於磁層結構有顯著的影響。木星磁層就是這種類型。
3、感應磁層 有的行星本身沒有磁場或者磁場很弱，它的磁場主要是依靠行星周圍的等離子體與太陽風相互作用產生的。金星磁層可能屬於這種類型。1960年以來，先後發射了各種行星探測器，對水星磁層、金星磁層、火星磁層、木星磁層和土星磁層進行了直接探測。關於天王星和海王星的磁層，目前還缺少直接探測資料。
（一）水星磁層
水星是距太陽最近，是太陽系裡最小的一顆行星，距太陽平均距離只是0.39AU，半徑為2440公裡。水星有與地球類似的磁層和弓形激波，它的磁層頂、磁尾電流片都與地球類似。水星磁層頂對日點到水星中心的距為1.32Rm（Rm為水星半徑），這樣水星磁層佔據的空間很小。水星磁層內等離子體與地球的也非常相似。
根據測量水星磁場的磁偶極矩為2.4×1022～5×1022高斯·釐米3,水星表面赤道磁場強度為400納特，兩極處略微強些，約700納特。在向陽面,磁層頂和弓激波的位置大約分別為1.4±0.2和1.9±0.2個水星半徑單位。
跟地球磁場強度比較一下就更清楚些，地球表面赤道上的磁場強度在29000～40000納特之間，兩極處的強度也略大，地磁北極約 61000納特，南極約68000納特。大體上說來，水星表面磁場的強度大致是地球的百分之一。與地球磁場相比，水星磁場強度不算高，更不要說與其他強磁場行星——木星和土星相比了。但是，除了這些顆行星之外，在太陽系的其餘行星當中，水星還是可以稱得上是有較強磁場的一顆行星了。
水星磁場與地球磁場還有一些很相像的地方，那就是磁軸與自轉軸並不重合，兩者互相交而形成一個夾角，水星的這個角度是11°，而地球則是 11°多。磁軸指的是北磁極和南磁極點之間的連線。
既然存在磁場，磁場在太陽風的作用下肯定會被局限在一定的範圍內，這個範圍就是所謂的磁層。太陽風基本上不進入到磁層裡面。水星和地球都有磁場，也都有磁層，水星磁層衝著太陽那面的邊界——磁層頂到水星中心的距離，大致相當於1.45個水星半徑，地球磁層頂到地球中心的距離約11個地球半徑。所不同的是，地球磁層是不對稱的，有點像是條頭大尾小的大「鯨魚」，而且「尾巴」拉得很長；水星的磁層則比較對稱，「尾巴」也短。
水星有一個基本上與自轉軸平行的偶極磁場，雖然磁場強度比地球磁場弱的多，但兩者卻很相似。人們首先想到的是，它們磁場的成因也許是相似的或者是相同的。
「水手」10號發現水星具有遠比火星、金星強大得多的磁場。探測結果還表明，與磁強計所得曲線十分符合的水星磁矩，不到地球磁矩的1/3400。水星磁極的極性與地球相同，偶極矩指向南；磁軸和自轉軸交角約11°。依據現行的行星核發電理論，可以肯定水星磁場是這個行星本身所固有的。
（二）沒有磁場的行星—金星
金星是距地球最近的行星，和地球大小差不多，它距太陽平均距離為0.72AU，半徑為6050公裡。宇宙飛船提供了直到距進行200公裡高的金星磁場數據。金星磁場很小，所以金星磁場不足以阻止太陽風，太陽風直接吹進金星大氣，宇宙飛船水手5號測到金星的弓形激波，但是金星沒有磁層，弓形激波是太陽風與金星電離層作用生成的。
金星電離層與地球電離層類似，電子密度在高度142公裡達到極大：5.6×105/釐米3，而在500公裡高度終止，即500公裡是金星電離層頂，另一飛船測到的電離層頂比500公裡低，約為350公裡，從280公裡到350公裡有一個複雜結構。是否金星電離層也有幾個層次，或者電離層頂是一個過渡區，有待將來仔細測量證明。
由行星探測器探測到的磁場估算，金星的磁偶極矩約為3～6.5×1022高斯·釐米3之間。金星表面磁場約為18～29納特。但後來的磁場探測結果表明,金星磁偶極矩最大值約是(4.3±2.0)×1021高斯·釐米3,比以前的估計約低一個數量級。從這些探測結果來看，一般認為金星的固有磁場很弱，主要是太陽風與電離層相互作用引起的感應磁場。金星磁層結構的特點 由於金星沒有固有磁場，或者只有很弱的磁場，太陽風可以直接與電離層相互作用。因此，金星沒有像地球、木星和土星那樣的完整的磁層結構。
探測結果表明，金星有明顯的弓激波。激波在向陽面對日點的平均位置大約是 1.27RV（金星半徑RV約為6050千米），在側面的平均位置大約是2.44RV。在向陽面，磁層頂和電離層頂幾乎重合在一起，在背陽面，兩者明顯地分開。金星磁層也有背陽面拉長的磁尾。在離金星2～5RV的遠磁尾區，存在著與地球相似的等離子體片和中性片，但磁力線的方向與地球相反：黃道面以北，磁力線離開金星；黃道面以南，磁力線指向金星。在這裡，伴隨著等離子體能量的增加，觀測到磁場強度周期性地減小。現象表明，金星磁層中有可能發生磁層亞暴。
電離層的外邊界稱為電離層頂。電離層頂的高度在向陽面對日點處的高度平均約 350千米，在黃昏一邊約700千米，在早晨一邊約1000千米。亦只是發現金星附近的太陽風激波。這種激波的位形可以用太陽風直接同金星大氣的頂部碰撞來解釋。激波後的湍流和小尺度磁場是由太陽風同金星表層物質相互作用而產生的。
（三）地球磁層
關於地球磁場，本書第二章之後的章節給予了全面的討論，這裡不再贅述。
（四）火星磁層
火星曾經是人文科學家最為關注的一顆行星，它處於地球的外側，距太陽平均距離為1.5AU，大小約為地球的一半，火星半徑為3400公裡。火星有濃厚的大氣，表面有火山、盆地和河道，人們曾經一度猜測火星上可能有生命。火星也是飛船探測最多的一顆行星，探測器曾在表面著陸。現在看來是不存在生命，由於主要關注火星生命和地貌，對太陽風與火星的作用反而測量較少，只知火星也有弓形激波。
火星的磁場比地磁場小很多。火星的磁偶極矩大約是2.4×1022高斯·釐米3。火星表面磁赤道的磁場強度最大為60納特,弓激波位置變化較大，約為1.36～1.74個火星半徑，大多是由於太陽風與電離層相互作用所產生的。磁軸與自轉軸交角為11°。
火星表面有一個強度約為地球的１/８００的磁場。現存的地殼磁場，主要位在南半球、僅覆蓋火星40%的表面。注意到火星磁場與太陽風磁場會產生連結，當磁力線重新連接後，有部分游離大氣會被包裹在脫離的磁場中，形成寬有數千千米的磁力囊（magnetic capsule）。在太陽風的吹送下，氣體會隨著磁力囊，離開火星。
科學家最近研究發現在40億年前火星可能擁有大得多的磁場。與今天地球磁場的形成非常相似。但是火星火山口的記錄表明火星的古磁場消失得很快，僅持續大約有幾百萬年的時間。
發現帶狀的磁場記錄。這是個相當意外的發現，它意味著這顆紅色行星，在遙遠的過去其實和地球很相似。在火星南半球的這片地區，火星全球量測軌道上的紅帶和藍帶，代表磁場指向相反的極向區域。這些磁帶的排列是東西向的，並涵蓋160千米寬960千米長的區域。在地球上，這種磁帶通常發生在板塊的邊緣。當地殼沿中大洋脊分離時，它們產生一系列帶狀的地磁揚記錄。火星上類似的圖案，被視為火星曾有表殼板塊漂移和磁場反轉的證據。只是在地球上，這兩種過程仍在持續之中，而在火星上，一般認為早就成為陳年往事。
（五）木星磁層
木星是太陽系最大的行星，半徑為71400公裡，它距太陽平均距離為5.2AU。木星的磁層十分龐大，向日面磁層頂邊界距木星50～100RJ（RJ為木星半徑），而它的背日面磁尾更拖的其極遠，達幾個天文單位（AU），有人估計甚至拖至土星軌道。如果從地球能看到木星磁層的話，它比太陽本身還大好幾倍呢。
木星有較強的磁場，表面磁場強度達3～14高斯，比地球表面磁場強得多（地球表面磁場強度只有0.3～0.8高斯）。木星磁場和地球的一樣，是偶極的，磁軸和自轉軸之間有 10°8′的夾角。木星的正磁極指的不是北極，而是南極，這與地球磁場正好相反。由於木星磁場與太陽風的相互作用，形成了巨大的木星磁層。木星磁層的範圍不僅巨大而且結構複雜，在距離木星140萬～700萬千米之間的巨大空間裡都是木星的磁層。木星的四個大衛星都被木星的磁層所屏蔽，使之避免遭受太陽風的襲擊。地球周圍有條稱之為範艾倫帶的輻射帶，木星周圍同樣也有這樣的輻射帶，而且特別巨大。「旅行者1號」還發現木星背向太陽的一面有3萬千米長的極光。
木星在磁層內主要有兩個不同的磁場區域，即內磁層區、磁尾和電流片區。
1、內磁層區 從木星表面到10RJ的空間範圍，在此區域內，磁場分布可近似地用偶極場來表示，偶極矩MJ≈1.5×1030高斯·釐米3，赤道面磁場為4.1高斯，比地球大10倍多一些，在磁赤道面上，磁場的方向是向南。偶極軸和旋轉軸之間的夾角約為10°,偶極子離開木星中心約0.11RJ（緯度16°,經度 176°）。木星表面，在南北半球各有一個高磁場區，磁場強度分別為14.4高斯和10.8高斯。另外，還有一個低磁場區稱為磁異常區，其中心位於北半球，經度為230°左右。木星表面有磁異常區的存在，對於木星磁層中的許多現象（如十米波輻射、極光、場向電流和粒子分布的徑向不對稱性等）有明顯的影響。
在木衛一的通量管（連接木星和木衛一的電離層的磁力線構成的磁力線管）中，存在著較強的電流。總電流強度約為106安培。由於這一電流的影響,在此區內磁場有較大的擾動，擾動值約為±50納特。
2、磁尾和電流片區 木星磁層有一個向外拉長的磁尾。徑向距離超過10RJ以上，磁場分布逐漸偏離偶極場，而且還有較大的起伏，因為超過某一徑向距離後，在赤道區附近存在著一個薄的等離子體片，此等離子體片產生的電流，對外部磁層的磁場影響很大。此電流系統集中在磁赤道附近,厚度大約為2RJ，稱為電流片。在電流片的中間，磁場最弱，約為1納特。在電流片的兩邊,磁場方向相反：在磁赤道以南，磁場的方向指向木星，以北的方向離開木星。在離木星較近的區域，電流片與偶極赤道平行，但當超過某一距離（大約40RJ）後，開始偏離偶極赤道，逐漸與自轉赤道平行。
木星磁層粒子主要來源於木星電離層及其衛星，這裡與地球磁層粒子來源不同。粒子成分主要有質子、氧、鈉和硫的等離子。木星的粒子環境按粒子能量可分為：低能等離子體環境、熱等離子體環境和輻射帶粒子。
1、低能等離子體環境 指粒子能量從 100電子伏到幾千電子伏的等離子體環境。木星磁層中存在著幾個顯著不同的等離子體區域，即等離子體層、槽區、環電流區和等離子體片區。
等離子體層約在2.8～6RJ的空間範圍。在此層內質子的數密度較高，約為50～100個/釐米3。這些質子的特徵能量約為100電子伏。等離子體層有明顯的邊界,在等離子體層頂外，密度顯著降低。木衛一通量管正好是位於等離子體層的外邊界，對等離子體層有很大的調製作用。木衛一通量管是木星磁層中的一個重要區域特徵，可以看作木星磁層中的粒子來源區和加速區。木衛一通量管中的電流，在木星電離層和木衛一之間形成一個閉合電離體系，由於電流不穩定性，可以激發等離子體湍流，結果使木衛一通量管中的粒子加速。木衛一表面不斷濺射出各種成分的離子（如鈉、硫等）,這些離子被加速後,通過對流和擴散的形式,傳輸到磁層的其他區域。另外,木衛一通量管也是木星產生無線電輻射的區域，強烈的木星十米波輻射就發生在這一區域中。槽區的空間範圍約為6～8RJ，在此區域內質子的數密度顯然降低，約為1～10個/釐米3。
環電流區約在8～15RJ的空間範圍,木衛二通量管正好是在這一區域中，質子數密度是10～15個/釐米3。
等離子體片區是木星外部磁層的主要組成部分，其範圍約從15RJ一直伸延到幾百RJ，厚度約為2RJ。在20RJ處質子數約為1個/釐米3，能量大約是 1千電子伏的量級。密度數隨徑向距離的增大而減小，密度數有 5小時和10小時的周期變化。大約在40RJ以內，等離子體片與偶極赤道平行；但超過大約40RJ的外部區域，等離子體片逐漸變得彎曲，與自轉赤道相平行。大約在小於20RJ以內的區域，等離子體是以同樣的速度隨木星旋轉；但在大於20RJ左右以外的區域，等離子體的旋轉角速度隨著徑向距離的增大而減小。等離子體的離子成分主要是氫、氧和硫。這些離子主要來源於木星電離層和木衛一。
2、熱等離子體環境 指電子能量大於20千電子伏，離子能量大於28千電子伏的等離子體環境。大約在30RJ以外的區域，熱等離子體的密度是10～106 /釐米3，能量密度大約10-15～10-20焦耳／釐米3，整個區域表現為高β（熱能與磁能之比）的等離子體。在向陽面一側，從30RJ到磁層頂附近，等離子體是沿著木星的旋轉方向流動。在背陽面一側從30RJ（地方時3時左右）直到140～160RJ也是向著旋轉方向流動。在150RJ以外的區域，等離子體變成「磁層風」離開木星向外流動，方向是太陽與木星聯線偏西20°,速度大約是從300千米／秒到大於1000千米／秒，溫度約為3×108K。
離子成分中，氧和硫與氦的比率隨著徑向距離的增大單調地增大，同時碳與氦的比率保持不變，鈉與氧的比率大約為0.05。氫和氦的比率在磁層頂外是20左右，但在磁層內是300左右。
3、輻射帶粒子 大於30 兆電子伏的質子的最大通量約6×106釐米-2·秒-1，位於 L≈3.4處（L表示磁殼參量，以木星半徑作單位）。大於3 兆電子伏的電子,最大通量約2.5×108釐米-2·秒-1，位於L≈6處。木星的十釐米波輻射，是這些高能電子同步輻射的結果，電子通過同步輻射散失能量並改變投擲角的分布。通過投擲角的散射過程，輻射帶粒子不斷被靠近木星的衛星所吸收。
木星磁層是相對電子的發射源。在離木星 1天文單位距離處觀測到能量範圍為 3～30 兆電子伏的高能電子暴，其持續時間約2～3天，並且有10小時的周期，這種周期變化與木星外磁層觀測到的周期變化相一致，表明這些高能電子是從木星磁層傳播到行星際空間的。
對木星磁層內外的等離子體波探測表明，在弓激波以外存在著低頻無線電波、離子聲波。在木衛一等離子環中測量到了高頻的靜電波，強的哨聲型湍流和與閃電有關的哨聲。在外部磁層測量到了被捕獲的無線電波還觀測到了上混雜波。
2001年1月，當卡西尼號探測器經過木星附近的時候，木星磁場頂層恰好接近探測器，而數百萬公裡外的伽利略號探測器也處於磁場的邊界附近。通過兩個探測器發回的數據，科學家發現了太陽風對木星磁場產生的一些影響，包括觀察到木星磁場中以亞光速運動的電子、廣闊的中性原子云等。科學家還觀測到了木星兩極附近的極光，其產生機理與太陽風在地球上引起極光極為相似。
本質上講，木星磁層活動能量是從自轉能量中吸取的，木星的輻射能量比接受太陽輻射更多，木星不像普通的行星，更像一顆弱恆星。
（六）土星磁層
土星是太陽系第二大行星，半徑為60000公裡，到太陽平均距離為9.5AU，土星的自轉周期為10小時1分，繞太陽公轉周期為29.46年。土星也有許多衛星都在磁層內，最遠的泰坦（Titan）衛星，軌道在20 RS處，最近的衛星米瑪斯（Mimas），在3 RS處。土星還有很多神秘的光環，衛星和光環與土星磁層必然有很密切的關係。由土星磁層頂至9 RS範圍為土星的外磁層，外磁層充滿低密度熱等離子體，主要成分為氫和氮離子，據信泰坦衛星是這些等離子體主要源。
土星磁場的極性與木星相同，與地球相反，偶極矩為2.2×1029高斯·釐米3。偶極軸和土星自轉軸之間的夾角很小，僅1°左右,這與地球和木星有很大的不同。在內部磁層，磁場的分布接近偶極場。在外部磁層，磁場分布與偶極場有系統的偏離，這是因為在向陽面磁層受到太陽風的壓縮，在磁尾受到電流片的擾動所引起的。
土星磁層的外形與木星和地球相似，有明顯的弓激波和磁層頂。在向陽面，弓激波離土星的位置約在20～24RS（土星半徑 RS=60000千米）的範圍,磁層頂位置大約在17RS處。在黎明一邊,弓激波位置大約在49～102RS的範圍，磁層頂位置大約在30～39.81RS範圍。由於太陽風條件的變化，弓激波和磁層頂的位置是在相當大的範圍內變化。
土星的粒子環境 根據粒子的特性可分為 4個區域，即外磁層區、槽區、內磁層區和環區。
1、外磁層區 約從7.5RS一直到磁層頂的區域。在此區域存在著含有O+或OH+的等離子體，這些低能離子來自土星環，而不是從太陽風穿入磁層的。在RS以內發現低能的捕獲帶電粒子,向裡延伸到大約7.5RS。外磁層的主要特徵，是捕獲粒子的通量和投擲角隨時間變化很大。在8RS之外粒子分布混亂，磁場的極性變化較快，這是磁尾電流發展的結果。
2、槽區 約在7.5～4RS的空間範圍。槽區的特徵是粒子通量顯著減少，質子只有外磁層的百分之幾，低能電子只有外磁層的千分之一。減少的原因是衛星的吸收和驅趕效應，在這一區域內有3顆衛星。
3、內磁層區 約從4RS直至A環外邊界。在4RS以內粒子的通量和能量都增加很快，能譜複雜且變硬，內磁層區的粒子能量大於35 兆電子伏的質子最大強度為3×104釐米-2·秒-1，能量大於3.4 兆電子伏的電子最大通量是3×106釐米-2·秒-1。在此區內，粒子通量的明顯吸收特性與土衛一有關。利用這種吸收特性可以發現新的衛星，並且可以確定在此區內捕獲粒子的擴散係數和加速過程。
4、環區 約在小於2.3RS的空間範圍內。環區的主要特性,是帶電粒子幾乎完全被環所吸收。在A、B和C環附近，連續地觀測到低通量的高能電子。
土星的極光區為橢圓形，周期性照亮極地。人們認為這種極光與地球北極光的形成很相似。地球北極的極光是太陽風（輻射微粒流）的電子穿透地球的磁層時出現的，這些電子同上層大氣層發生作用，就可以形成類似煙花一般的奇異極光。
但是天文學家認為，土星上還可能存在另外一種類型的極光。這種新型極光非常昏暗，人們很難發現它們。英國萊斯特大學的斯塔拉德及其同事利用地球上的觀察儀器觀測了土星南極的紅外線,發現土星橢圓形極光的外部，還有帶電粒子發出的光芒，從而發現了這種新型極光。
土星的新型極光雖然可能與土星環有關，但恩克拉多斯衛星更可能是元兇。這種極光的起源可能與木星極光極為類似。木星的衛星艾奧上存在大量的火山，艾奧與其它木星衛星每秒向木星的軌道上噴發大約一噸左右的物質，進而形成了木星極光。土星的恩克拉多斯每秒鐘向土星軌道上噴發大約100多千克的物質。天文學家目前正試圖發現恩克拉多斯衛星與土星磁場相互作用的直接證據，以證明這個觀點。科學家曾發現，木星的極光是由於其木二衛星噴發物質所形成，而科學家還未曾發現土星極光存在類似的情況。
（七）天王星磁層
天王星的磁場是奇特的，一則是他不在行星的幾何中心，再者他相對於自轉軸傾斜59°。事實上，磁極從行星的中心偏離往南極達到行星半徑的三分之一。這異常的幾何關係導致一個非常不對稱的磁層，在南半球的表面，磁場的強度低於0.1 高斯，而在北半球的強度高達1.1 高斯；在表面的平均強度是0.23 高斯。與地球的磁場比較，兩極的磁場強度大約是相等的，並且"磁赤道"大致上也與物理上的赤道平行，天王星的偶極矩是地球的50倍。海王星也有一個相似的偏移和傾斜的磁場，因此有人認為這是冰巨星的共同特點。
位於23個天王星半徑之處有弓形激波，磁層頂在18個天王星半徑處，充分發展完整的磁尾和輻射帶。綜上所論，天王星的磁層結構不同於木星的，而比較像土星的。天王星的磁尾在天王星的後方延伸至太空中遠達數百萬公裡，並且因為行星的自轉被扭曲而斜向一側，像是拔瓶塞的長螺旋杆。
天王星磁層的帶電粒子包含：質子和電子，還有少量的H2+離子，未曾偵測到重離子。許多的這些微粒可能來自大氣層熱的暈內。離子和電子的能量分別可以高達4和1.2 百萬電子伏特。在磁層內側的低能量（低於100 電子伏特）離子的密度大約是2個/釐米3。微粒的分布受到天王星衛星強烈的影響，在衛星經過之後，磁層內會留下值得注意的空隙。微粒流量的強度在100,000年的天文學時間尺度下，足以造成衛星表面變暗或是太空風暴。這或許就是造成衛星表面和環均勻一致暗淡的原因。在天王星的兩個磁極附近，有相對算是高度發達的極光，在磁極的附近形成明亮的弧。但是，不同於木星的是，天王星的極光對增溫層的能量平衡似乎是無足輕重的。
天王星的南北磁極與地理上的南北極相距太遠。大多數行星都有南極和北極兩極磁場，地球的磁場排列非常簡單，恰恰就像一個磁鐵條的一樣：磁力線從地理南極附近出發，圍繞地球半圈後封閉於地理北極。地球的磁極與地球的南北極存在一個偏角，稱為磁偏角，目前二者的交角為11.5°。太陽系的其它許多行星，包括木星、土星和水星都與地球類似，比如木星的磁偏角是10°，與地球相近。而天王星的磁場卻很怪異，它不但具有多個極，而且磁偏角很大，達到59°。
在這個發現以前，天文學家傾向於把天王星的傾斜和偏心磁場看作異常，認為是磁場反嚮導致的。如果海王星也有這樣一個獨特的現象，那就意義不同了。所以如何解釋這兩個行星的磁場，仍是亟待解釋的問題。經測量，磁場的自轉周期是16小時隔3分鐘，這一結果對大氣科學家來說無疑是很重要的。
（八）海王星磁層
海王星大氣相當透明，成分與天王星大氣相近，但甲烷、氨的含量更高，而且大氣活動劇烈得多，到處都是狂風呼嘯，甲烷組成的白雲在湍急的氣流中翻滾不止，形成和消散都很迅速。耐人尋味的是，南半球上也有一個與木星大紅斑類似的大黑斑和2個小黑斑，大黑斑約12000千米×8000千米，亦在順時針方向急劇旋轉，在它後面有時又會滋生出許多尾隨它的小黑斑。
海王星的磁場強度是地磁的2～3倍 ，磁軸與自轉軸有50度的交角。所以它也具有磁層，也會產生極光。
海王星的磁場與其他行星的情況大相逕庭，它們的磁場有多個極，而且磁偏角很大是 47°。天王星也有與地球範艾倫帶相類似的輻射帶。
在這裡與天王星相似的方面還是海王星，海王星的磁偏角也非常大，達到47°。更奇怪的是，這兩顆行星的磁極竟然一刻也沒有停止快速變動。因此天王星和海王星經常被叫做雙胞胎行星。
此外，還必須說明像海王星這樣一顆遠離太陽的行星，是如何獲得能量，從而驅動它的大氣的。對這些問題的研究，將會使我們不但對海王星，而且對整個太陽系有一個更加深刻的認識。
（九）其他天體磁場
月球
美國麻省理工學院的科學家們曾經成功證明，月球在其早期階段時也曾像地球一樣擁有過磁場。美國科學家們此次選擇的研究對象是一塊編號為76535的月巖標本（由美國太空人在上世紀70年代時帶回地球）。在研究開始的最初幾個月裡，76535號月巖一直被鎖在一個特殊的絕緣室內（這樣做的目的是消除其地面可能產生的短暫磁場）。
在經過數月的隔離後，這塊月巖樣本被置於一個不斷變化的磁場之中，而科學家們則通過一個機械臂對其各個部分的「磁相應」情況進行測量。對所獲數據的分析表明，76535號月巖標本在歷史上曾經歷過一個長期存在的磁場。對其進行的放射性同位素測量表明，這一磁場出現於距今42億年前，也就是在月球形成後大約3億年。
到目前為止，總共存在著兩種有關月球磁場形成原因的假說。一種觀點認為，月球磁場的產生源自外來天體的撞擊。而另外一種觀點則認為，月球磁場之所以會擁有磁場，是因為它也曾擁有過一個液態的核心。而此次美國科學家取得的研究成果恰好證明了如此理論。
對月球來講，由於沒有大氣層，晝夜溫差比較大，特別是向陽面，與另一面，溫度相差太大，它的磁場不會像地磁場那樣穩定，並且在兩極會形成雙極性磁場。就是說在向陽的一面會形成類似於地球的磁場，地磁場N極，在地理南極方向，地磁場S極在地理北極方向；但是對背陽面卻不同了，由於溫差太大，月球可能會向外放出光子信息能量，由於月球自轉產生的月球磁場會和地磁場相反，即月球磁場N極，在地理北極方向，月球磁場S極，在地理南極方向，從而形成雙極性磁場。
§3地球磁場起源探索
1838年，高斯運用球諧分析的方法，發現地磁場的場外源（非偶極場）僅佔總磁場的萬分之幾到千分之幾，偶爾可達百分之幾，表明地磁場主要源於地球內部（這樣只能讓人想到了地球內部，是的，地磁場是源於內部的電流場）。二十世紀末，根據地球上地磁要素的地理分布、地磁場的長期變化規律，科學家進一步認為，地磁場是來源於地球內部，也就是說，偶極場是地磁場的主要源場。
地磁場的成因至今還是地球物理學的重大理論難題之一。科學家提出了十多種假設。這些學說都存在各自的缺點，不能完全解釋人類觀測到的複雜的地球磁場現象。
首先出現的是鐵磁體假說。對地球磁場起源的探索，早在公元1600年就開始了，吉爾伯特發現地球周圍存在巨大的磁場， N極在地球的地理南極，S極在地理北極。在此後的三百多年時間裡，科學家們相信地表以是一個巨大的鐵磁體，由此形成了地球磁場。一般認為，地核由鐵、鎳等重金屬構成；鐵是存儲磁能的重要物質。後來科學家發現，地球的核心確實是鐵質的，不過，地心溫度高達5540℃，遠高於鐵的居裡溫度（770℃），鐵質地核不可能表現出磁性。鐵磁體假說因此難以成立。
另一種較有影響的觀點是熱電假說。電荷運動可以產生磁場，有些科學家認為，地球內部也存在著電流。地核(特別是它的外部)處於液體或接近液體的狀態，外核是液態。鐵、鎳是電的良導體。這種假設認為，在成分不同的地幔與外地核的交界處，由於地核物質的對流形成不同溫度的地段。在地幔和地核邊界上可能會由於帶電物質熱對流產生電流，形成磁場。可是，要產生現有強度的地磁場，電流強度需要達到109安培。外核液態鐵能產生如此強大的電流嗎？其次，熱對流無法形成偶極性磁場。熱電假說因此難以令人信服。
目前較多科學家認可的是自激發電機假說，即埃爾薩塞和布拉德的發電機理論。1919年拉莫爾（J.Larmor）首先提出了旋轉的導電流體維持自激發電機的可能性，這是關於地磁場起源的自激發電機說的最早概念。較為系統的論述，是20世紀40年代末、50年代初由埃爾薩塞 (W.M.Elsasser)、帕克(E.N.Parker)和布拉德(E.C.Bullard)等人完成的，稱為埃爾薩塞－帕克模型和布拉德過程。1945年，美國物理學家埃爾薩塞根據磁流體發電機的原理認為，鐵、鎳構成的液態地球外核具有良好的導電性，隨著地球自轉而流動，在最初的微弱磁場中運動，就有可能切割磁力線，像磁流體發電機一樣產生感應電流，感應電流形成的磁場又使原來的弱磁場增強，產生自激作用，使原來的弱磁場不斷加強。由於摩擦生熱的消耗，磁場增加到一定程度就穩定下來，形成了現在的地磁場。這種假說又分「單圓盤發電機假說」(不能解釋地磁場反轉問題)、「非穩定發電機假說」、「雙圓盤發電機假說」
20世紀60年代後期，科學家發現布拉德過程是不穩定的。「自激發電機說」因此陷入了危機。1970年，利利(F.E.M.Lilley)修正了布拉德過程的運動模式，才使得穩定的「自激發電機說」再度有了可能。
20世紀60年代，古地磁學的數據肯定了地磁場在漫長的地質時期經歷了多次倒轉的事實，地磁場極性的正向與反向的歷史並沒有顯示出哪種極性更具有特殊性。這是除「自激發電機說」以外，其他地磁成因的假說都難以解釋的。
「自激發電機」假說要求行星的核心物質呈液態。水星磁場和地球磁場相似，科學家觀測和研究的結果表明，水星內部可能是固體，不可能通過「自激發電機」效應來產生磁場。這讓相信發電機假說的科學家心裡很不踏實。
發電機假說面臨的最大難題是「發電機」的能量來源。若地核中產生的地磁場被激發後自由衰減，其衰減壽命約為104年(一萬年)。古地磁學測到的最古老的磁性巖石年齡接近109年(十億年)，說明地磁場的壽命遠遠超出它的自由衰減壽命。為維持長壽命的地磁場，必須不斷提供能量以補償焦耳熱損耗。地核中的能量來源，以及提供的能量維持怎樣的運動才能獲得長時間穩定的地磁場，是發電機假說還不能回答的兩個基本問題。
有人嘗試用外核中液態物質的熱對流、物質分異、放射性蛻變、核幔自轉軸向運動差異等來解釋，仍然不能得到令人滿意的結論。
§4磁場的形成原因及實驗方法
深入探討行星磁場形成的各種可能，再重申前面各章節的概要。這樣就會一個合理的磁場成因解決方案很清晰地擺在我們的面前。
1、現代的許多科學家的都認為，地球磁場的驅動能量只有來自太陽。如果假設地球是放置在沒有恆星的環境當中形成並運行的，那麼地球將不會有地磁場存在。所以形成現在這樣的地磁場的能量最終只能來源於太陽的作用。（第六章）
2、地球在逐漸形成之後，地球上的自然現象大多都受到太陽的影響。太陽影響地球的主要因素有三，第一是引力、第二是太陽光、第三就是太陽風了。（第一章）
3、太陽風攜帶著巨大能量是不容置疑的，當它作用在地球磁層上時，它主要的接觸範圍還是作用在磁層的磁力線上。離子流對磁力線的作用和反作用說明太陽風的能量傳遞到地球磁力線。（第六章）
4、地球的結構是由七大圈層構成的，它們是：地球外圈的四個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈；地球內圈的三個基本圈層，即地幔圈、外核液體圈和固體內核圈。水圈和巖石圈、外核液體圈和固體內核圈都是導電體組成的圈層。（第一章）
5、地球磁場應該和地核的運動沒有太大的關係。也就是說，地磁場與地球的中心無關！（第二章）
6、地球外殼帶有電荷，雷電現象說明了電荷在地球赤道附近的電量最大，隨著緯度的增加，電量越來越小。地殼中的電與地磁場相關。雷電現象和地殼帶電相互印證。（第二章）
7、地殼電流在赤道上形成一個閉合迴路，在赤道附近的電流最大，隨著緯度的增加，電流量越來越小；在地層斷面上的中心電流層是個向地心變弱的梯度電流層；中心電流層隨著地質電阻的變化而變化的；而且是一個上下起伏的波動電導層。（第四章）
8、地球的地殼有一層很好的導電層。磁力線是從北極穿入地球沿著地殼運行的，然後再從地球南極穿出返回磁層。磁力線作用在地殼導體上，是其中自由電子的定向移動積累正、負電荷而產生電勢差——地磁場感應電動勢。（第七章）
9、磁生電的本質是磁生磁（一種磁場生成另一種磁場）。地球磁場就是這個過程，只是轉換過程的導體不是良好均質的，所以產生了偶極子磁場和非偶極子磁場。（第七章）
依據以上概要原則，我們將地球磁場的形成機理定義如下：
在帶電粒子流的作用下（太陽風），導電體上將會帶電。人造衛星在太陽系空間的運行足以證明這一點,太陽風的作用將會燒壞衛星的電子設備。
帶電粒子流作用在閉合運動導體上時，閉合運動導體內將有電流流動，閉合運動導體周圍會有磁場產生；當磁場磁層形成後，帶電粒子流是作用在磁層上的。帶電粒子流作用在磁層上，使磁層驅動閉合運動導體內的電流循環，電流再產生磁場磁層，以致循環成磁層系統。
我們先把以上定義的地球磁場形成機制的名稱叫做：「離子作用導電體磁場形成理論」，簡稱「離子作用導電磁場」 理論。
首先假設，理想閉合運動導體（比如：環形、球形、薄壁管柱型、薄壁球形等規則幾何形狀）的導電率是均勻的。它的自轉軸正交於帶電粒子流的作用方向時，它產生的磁層是最大的偶極磁場。磁場強度與帶電粒子流強度、導體電導率和導體自轉速度正相關（與導體自轉速度不是線性相關）。它的偶極磁場的形態符合麥克斯韋方程組的描述，偶極磁場極軸重合於自轉軸。
當帶電粒子流的作用方向不能正交於導體的自轉軸時，偶極磁場的極軸應該在導體自轉軸和帶電粒子流的切線方向軸的之間；一般來看，偶極磁場極軸是導體自轉軸和帶電粒子流的切線方向軸夾角的一半。當導體自轉速度變快時，磁場的極軸會偏嚮導體自轉軸；當帶電粒子流變得強烈時，磁場的極軸會偏向帶電粒子流的切線方向軸。
實際上偶極磁場極軸的兩個極點，通常並不是理論上的兩個點，它在像地球這樣大的導體磁場上，它們是個面。影響其兩個極點變動的因素還有導體電阻的不均勻性，導體電阻的不均勻會使磁軸偏離偶極磁場極軸的極點；偶極磁場的強度變弱，會使場極軸的極點變寬大。
導體偶極磁場的磁矩方向，取決於導體的轉動方向和導體內的電流情況，導體內的電流情況也就是導體內的磁力線聯狀況。薄壁球形（地球）自轉導體遵循左手定則，球型（木星）自轉導體遵循右手定則。但是，這裡的問題並不像安培定則那樣簡單，人類需要經過實驗才可以理解這裡面的實際關係。
帶電粒子流作用在閉合運動導體上都會產生磁層，導體偶極磁場和磁層的關係也非常複雜。帶電粒子流的波動和導體的變化都會給生活在其中的弱小人類帶來意想不到後果。所以通過實驗來理解地球磁場也就變得非常必要。
「離子作用導電磁場」 理論需要經過反覆試驗驗證，才可以得到可以信賴的數據。從以上的章節我們可以看到，地球磁場對於我們人類生存是多麼的重要。有了可以相信的數據，我們才能知道，我們應該幹些什麼？還有什麼我們人類不可以去做。地球磁場的試驗模型方案有三種：
1、空間實驗法 將設計、製造好的導體模型送到有太陽風的行星際空間中去，並使它旋轉運行，用安置好的設備測量它的各點數據。這種實驗方法造價高，數據取得較困難；但是它可以符合地磁場的實際空間情況。
2、離子束射擊法 用粒子加速器，將加速的電子或者核子打在旋轉設計好的導體上。在20世紀初，貝爾克蘭德為證實太陽微粒流造成的極光，在實驗室用電子束射擊具有偶極子磁場的金屬球來獲得類似地球極光。後來許多人，多次進行過類似的實驗，也都得到了人造極光。但是，這裡的人造極光並不是當時的理論：離子束和空氣相互作用的結果，而是離子束和磁場相互作用產生的。
採用此種方法，所設計的導體模型不能太大，可能還要設計和建造專門的粒子加速器。
3、放射性元素射擊法 採用放射性元素照射在設計好的運動導電體上，取得數據。這種試驗方法的成本較低，只是汙染嚴重，對實驗人有傷害。
§5「離子作用導電磁場」 理論對行星磁場的探討
利用「離子作用導電磁場」 理論再次分析各個行星的磁場狀態，使我們對「離子作用導電磁場」 理論有更為深刻地理解。
金星金星有濃密的導電大氣和不太導電的殼，它相對於太陽風的方向幾乎沒有什麼相對轉動。所以金星就像一塊不運動的導電體放置在太陽風之下，面向太陽風的金星表面，有極微弱的磁場，有時極具導電的雲會有放電現象（雷電）。金星幾乎不具有磁場磁層的層次，只是一個擾亂太陽風的球體。
水星水星自轉相對於強烈的太陽風場顯得很慢，它的表面巖石中的含鐵量很高，應該具有一定的導電性。所以水星有一個較弱的磁場，它的磁層很小，磁尾相對也非常短；但是它的磁場系統很完整，幾乎都是偶極磁場的表達。它的核與星體體積的比較顯得很大（就太陽系的其它行星而言），但是溫度相對較低，巖漿已經不具有流動性，相關「自激發電機」磁場假說，已經無法理解水星磁場。
火星火星的表面導電率非常弱，不過它有一個很好的自轉速度。所以它還能形成一個磁場系統，只是它形成的磁場已經是非常地弱小。它的兩個磁極點也很不穩定，實測時都可能根本無法找到，依據火星赤道表面電阻的分布情況，磁場覆蓋在火星赤道附近不到40%的火星表面積上。在演化的過程當中，以前的火星如果有水存在於它的表面時，和地球一樣火星會有一個非常不錯的磁場。
火星自轉的極軸與黃道面的夾角和地球是相差不多的，所以設想的火星偶極磁場極軸和地球的偶極磁場極軸夾角也是相差不多的。
木星木星是太陽系最大的行星，也是自轉速度最快的行星，它的磁層邊緣和太陽風相互作用速度也是最壯觀的行星。它的氣體層導電，它的更深層次的液態氫更是良好的導電體。所以木星的磁場強度在太陽系的行星裡是最強的，它的磁層尾甚至能拖過土星的軌道。加上它的幾顆大的衛星都在它的磁層裡面，行星和衛星在磁場內相互作用和相互影響，所以木星的磁層系統是太陽系裡最有趣的行星磁層。
土星 土星的情況和木星差不多，只是它的規模比木星小一些而已。它們的區別在於，土星的巖漿核比木星的小得多了，它的自轉軸幾乎垂直於黃道平面，所以它的磁極軸幾乎和自轉軸重合。「自激發電機」的磁場假說，在土星是完全沒有可能的。
天王星 天王星的自轉速度和星表導電率對於形成天王星磁場都沒有問題。只是它的自轉軸幾乎是躺在黃道面上運行滴，這樣天王星的磁極軸和自轉軸應該有個 45°左右的夾角；受天王星相對太陽位置的變換和天王星地殼電阻的變化，天王星的兩個磁極點經常會變換位置。最大磁場強度的位置應該在面向太陽風的極點區域裡。
海王星海王星的狀態和天王星相似，它的磁層狀態也和天王星相差無幾。只是海王星自轉軸不像天王星歪倒的那麼厲害，所以海王星的磁極軸相對自傳軸的夾角就來的小一些而已。
月球月球是地球的衛星，它的體積較大，可以看成地球的姊妹星。它的外殼和太陽風有不太大的相對運動，但是它的外殼不導電，不能形成月球外殼的導電環路，所以月球幾乎沒有磁場。不過，在月球月海裡面的巖石裡含鐵量較高，具有導電性，所以能看到微弱的放電現象。如果月亮以前有水的話，月球也應該有它自己的磁場。
「離子作用導電磁場」 理論可以很好的解釋行星的磁層現狀，反過來我們再看「自激發電機」假說對行星解釋的相對困難。
用「自激發電機」假說看待土星，土星不可能有磁場存在。因為土星的溶巖核非常小，幾乎沒有，它形成的磁場不可能穿透巨大土星的液態氫層，去形成強大的土星磁場。
用「自激發電機」假說去看天王星磁場，天王星內核發電機的軸是躺著運行的，它不可能得到 45°左右的磁極軸夾角，而且還要有一個變換著的極軸，「自激發電機」假說很難對付這種狀況。
一個好的物理理論，不是要去到處尋找各類所謂的證明實例。尋找所謂的證明實例去證明一個自認為正確的理論非常容易，因為你可以任意牽強，再加上你的聲譽和技巧，那簡直就可以是變魔術了。這種魔術可以在舞臺上表演，也可以在現實生活中去演繹。
正確的物理理論應該是自洽的，它在你處理相關的一些未知自然現象時，它都會顯得特別貼切；至少應該在你已知的知識範圍之內是這樣。除了我們談論的物理理論之外，其他的許多理論也應該有同樣的道理。
§6「離子作用導電磁場」 理論對太陽黑子的探索
太陽黑子（sunspot）是在太陽的光球層上發生的一種太陽活動，是太陽活動中最基本，最明顯的活動現象。一般認為，太陽黑子實際上是太陽表面一種熾熱氣體的巨大漩渦，溫度大約為4500攝氏度。因為它比太陽的光球層表面溫度要低，所以看上去像一些深暗色的斑點。太陽黑子很少單獨活動。常常成群出現。
一個發展完全的黑子由較暗的核和周圍較亮的部分構成，中間凹陷大約500千米。黑子經常成對或成群出現，其中由兩個主要的黑子組成的居多。位於西面的叫做「前導黑子」，位於東面的叫做「後隨黑子」。一般小黑子大約有1000千米，而一些大黑子則可達20萬千米。
太陽黑子由暗黑的本影和在其周圍的半影組成，形狀變化很大，最小的黑子直徑只有幾百公裡，沒有半影，而最大的黑子直徑比地球的直徑還大幾倍。太陽黑子是由於周圍明亮光球背景的反襯才顯的暗黑，實際上它們的溫度最少有3800K，比融化的鎢還亮熱。黑子的重要特性是它們的磁場強度，黑子越大，磁場強度越高，大黑子的磁場強度可達0.4特斯拉。
幾乎所有的黑子都分布在±8°～±45°的緯度範圍內，多數出現在±30°附近。太陽活動劇烈時，它往往出現在±15°處之內，並逐步向低緯度區移動，在±8°處消失。黑子有很強的磁場，本影中心場強約0.2～0.4特斯拉，在半影與太陽光球的邊界附近逐漸減少至 0.1～0.15特斯拉，面積越大的黑子磁場越強。黑子的壽命長短不一，短的只有幾小時，少數長的可超過一年，平均壽命為1～2個月。日面上黑子的面積和黑子數的多寡在時間上呈現周期性變化，平均周期為 11.2 年，人們用它作為太陽活動變化的定量標誌。大黑子群出現後，往往會引起一系列地球物理效應，對國民經濟產生重大影響。中國早在漢河平元年（公元前28）就有黑子觀測記錄，比國外早1000多年。關於黑子的起源和本質，雖有多種模型，但還沒有肯定的結論。
太陽黑子的形成與太陽的自轉活動有著密切的關係。但是它到底是如何生成並發展擴大，天文學家對這個問題到現在還沒有找到確切的答案。「離子作用導電磁場」 理論可以對太陽黑子的生成給出一個較好的解釋：
對於太陽黑子區相對太陽的其它地區是個較為安靜（最大時中間凹陷大約500千米）和溫度（經常低2000攝氏度，佔30%）較低的區域，其它地區的強大的各類帶電粒子流就會奔向黑子區域；強大粒子流激發了黑子渦旋流的環形閉合導電環路，使其中導體內形成的電流產生了磁場。強大的磁場形成一個環形磁層，環形磁層又阻止了粒子流的進入，並相互作用。因為帶電粒子流不能進入黑子區，使太陽黑子區域變得比之前更加黑暗；相互作用使磁場再次變得更為強大。以次循環，所以太陽上的這種黑子現象有時能夠保持一年以上的時間，直到太陽上的其它液態氫流破壞了黑子的導電環流，黑子才漸漸散去。
在太陽上的每個層面上，如果形成一個溫度相差在30%的區域，這是很難辦到的事。因為在光球上，溫度都在6000攝氏度環境下，所有物質都會變成流動性很好的流質。它們幾乎都在沸騰著，若有一點溫度差，它們都會很快被平衡掉，黑子生成理論的困難也在於此。就像在太陽上要放置了一臺冰箱，你要把黑子裡面的熱能量取出來才行。在熱力學的理論中，這種現象是不能發生的，除非你用一臺大的製冷設備來抽。但是對流層，光球和色球的能量都是來自太陽核的核聚變，自閉自激勵的磁場包圍了黑子，太陽核的加熱粒子能量傳不到黑子的裡面來，所以黑子裡面的溫度就慢慢的降低了；黑子必須有太陽色球表面露頭，要有能量輻射出去，溫度才能降低下來。
關於太陽黑子渦旋流的形成機制，不是本書的討論範圍，在這裡不再贅述。不過形成黑子渦旋流的解釋並不困難。
有時候這種帶電離子粒子流和黑子磁場的相互作用會逐步升級，變得非常劇烈。在一大群形態複雜的黑子群附近，可以看到一大片明亮的閃光發射出極耀眼的光芒。這片光芒掠過黑子群（光攜帶的能量畢竟少，不如核離子的高速運動），亮度緩慢減弱，直至消失。這就是太陽上最為強烈的活動現象——耀斑。
由於有時耀斑特別強大，在白光中也可以見到，所以又叫「白光耀斑」。白光耀斑是極罕見的，它僅僅在太陽活動高峰時才有可能出現。耀斑一般只存在幾分鐘，個別耀斑能長達幾小時。在耀斑出現時要釋放出大量的能量。一個特大的耀斑釋放的總能量高達1026焦耳，相當於100億顆百萬噸級氫彈爆炸的總能量。
1859年9月1日，英國人卡林頓在觀察太陽黑子時，用肉眼首先發現了太陽耀斑。第二天，地磁臺記錄到 700納特的強磁暴。這個偶然的發現和巧合，使人們認識到磁暴與太陽耀斑有關。還發現磁暴時地球極光也顯得十分活躍。
我們稱全球性的強烈地磁場擾動為「磁暴」。太陽的強烈耀斑形成的強烈磁擾動「太陽磁暴」，它會影響整個太陽系的磁場平衡。
§7「離子作用導電磁場」 理論對地球磁場的討論
與公眾理解的條形磁鐵那樣簡單的磁性不同，地球磁場的磁性其實複雜得多。科學家們現在已經根據衛星觀測結果，測繪出了地球磁場的主要分布圖。其中一個重要的發現是，地球的磁場並不是均勻分布的。地球的大部分磁場僅源於地面以下——地幔邊界四個寬廣的區域。他們發現，磁極磁場的大部分強度主要來源於北美洲、西伯利亞和南極洲沿海之下。
不僅如此，在詳細繪製出地球磁場分布圖之後，科學家們還發現了存在磁場反向通量的地域。其中最大的一塊位於南半球，非洲南端以下向西一直延伸到南美洲南端。在這些存在磁場反向通量的區域，地磁的磁性與通常相反。例如，南半球大部分區域磁性的指向是由內而外，而在這些存在磁場反向通量區域，磁性是由外向內指向。
依據「離子作用導電磁場」的理論，被太陽風激勵的磁層外圍磁力線攜帶著太陽風的能量，從地球北極極光橢圓帶部位進入地殼並驅動自己轉著的地殼導線內的電流。由於地球自轉的作用，地球赤道是地殼導電體的電流中心，地球赤道環路的電導率有著很大的差異。磁力線經過導體內側再從南磁極流出與磁層磁力線閉合。
從前面我們知道有：1、地球偶極磁場的磁軸；2、導體自轉軸既地球自轉軸；3、帶電粒子流的切線方向軸，就是太陽風垂直切面相對地球圓垂直黃道面的中心線。
帶電粒子流的切線方向軸與地球自轉軸的交角是23°26′，也就是與天文學常說的黃赤交角相等；帶電粒子流的切線方向軸相對於太陽，它的角度是不變的。地球自轉軸相對於太陽位置不同它的角度是變化的，這個變化在一年當中是畫了個圓。黃赤交角是地球上秋、冬、春、夏的原因，在地磁上也是北半球夏季才有雷電的原因。
地球偶極磁場的磁軸在以上敘述的兩軸之間，在一年當中它也是畫了一個圓。在一般情況下這個夾角應該是23°26′的一半，只是地球自轉來的強勁些，所以地球偶極磁場的磁軸偏向地球自轉軸，僅有11.3°。火星的情況更是這樣，火星黃赤交角與地球相近 23°59′，但是火星的偶極軸和自轉軸夾角就更小一些，只有 11°。
從前一章中我們知道，磁能生電，電能生磁。磁生電的本質是磁生磁（一種磁場生成另外一種磁場）。地球磁場就是這樣一個轉換過程，我們用一種磁場轉換成另外一種磁場的理念來考慮地球磁場：太陽風激勵的地球磁層的磁場經地球地殼赤道環電流生成的地磁場，它的現狀完全依賴於地殼赤道環導電體的實際狀況。
地殼赤道環導電體，也就是地球赤道地殼的導電率決定了地磁場的實際狀況。地殼的主要物質是二氧化矽，它的導電率實際上是較差的，不過有了水圈的參與，地殼變成了非常良好的導體。地球赤道地殼的導電率的不均勻性，導致產生了偶極子磁場和非偶極子磁場。
太平洋是地球上最大的水體，偶極子磁場和非偶極子磁場疊加後的實際南北磁極相對地球中心是一條折線，這樣地球的磁南北極在地球表面點就有一條最短連線，這條最短連線應該縱穿太平洋。
地球磁場的能量來自太陽風，所以地磁有周年的變化周期。由於太陽風的驅動，太陽風作用於地球磁場，地球的近日點與遠日點因為受太陽風的磁壓力不同，故有地磁場的周年強弱變化周期。前面都談過，太陽上有一點磁變化都會對地球磁場產生影響。
由於地球地殼大陸上的變化，特別是全球陸地的乾旱不斷擴大，大陸地阻漸漸地提高，使百多年來地球磁場減弱了將近百分之十。
最近幾年來，世界科學界對地球磁場顛倒現象炒作的沸沸揚揚，一些科學家聲稱，一旦發生地磁場顛倒將會對人類產生災難性的影響。還有科學家認為地球從生成到現在已經發生過上百次的極性翻轉過程。在翻轉過程中的零磁力後果，突顯災難性的變遷。在地球零磁力下所有動物，包括人類的免疫系統將大為降低；地球的外殼會發生更多的火山噴發，地震，泥石流等現象；地球磁氣圈將被擾亂，來自太陽的宇宙輻射就會增大，最終可能對人類造成輻射性災難；一些小行星將朝地球方向飛來；地球的重力也會發生奇怪變化。
還有科學家探討出了，地球完成一次磁場翻轉究竟需要多長時間，他們出版的一項研究指出，地磁場顛倒一次大約需要7000年。在最晚近的78萬年裡，地球在間隔較長的時間段裡不規律地發生南北磁極對調的現象。可能導致流動方向的180度旋轉，從而使地磁場發生顛倒。沒有人知道地球磁場的顛倒究竟會對地球生命產生怎樣的重大影響，但是很多人會想到世界末日。還有人預言，地球與太陽在2012年都會進入一個磁極顛倒的過程。而上次發生同等現象的時間是在恐龍消失時。這一現象導致的最壞結果將讓地球磁場的磁力為零高斯。如果此時再遇上周期為11年的太陽兩極磁場顛倒，地球上可能引發一系列的混亂事件。
「離子作用導電磁場」的理論認為，當地球形成之後，就不會有磁場翻轉事件發生，因為就在地殼導電層的上下就有正反兩種磁力線的存在。當巖石冷卻到居裡溫度以下時，它可以在地殼導電層上方，這時它的剩磁就是正向的。當它冷卻時是在地殼導電層下方，那它的剩磁就是反方向的。巖石冷卻的位置是可以上下浮動的。地殼導電層在地球演化過程當中，它也是可以浮動的。巖石冷卻的位置和地殼導電層的浮動規律是受地球演化的因素決定的。
本章重點概要
（一）在帶電粒子流的作用下，導電體上將會帶電。人造衛星在太陽系空間的運行足以證明這一點，太陽風的作用將會燒壞衛星的電子設備。
（二）帶電粒子流作用在閉合運動導體上時，閉合運動導體內將有電流流動，閉合運動導體周圍會有磁場產生；當磁場磁層形成後，帶電粒子流是作用在磁層上的。帶電粒子流作用在磁層上，使磁層驅動閉合運動導體內的電流循環，電流再產生磁場磁層，以致循環成磁層系統。
（三）理想閉合運動導體的導電率是均勻的。它的自轉軸正交於帶電粒子流的作用方向時，它產生的磁層是最大的偶極磁場。磁場強度與帶電粒子流強度、導體電導率和導體自轉速度正相關。它的偶極磁場的符合麥克斯韋方程組的描述。偶極磁場極軸重合於自轉軸。
（四）當帶電粒子流的作用方向不能正交於導體的自轉軸時，偶極磁場的極軸應該在導體自轉軸和帶電粒子流的切線方向軸的之間；一般來看，偶極磁場極軸是導體自轉軸和帶電粒子流的切線方向軸夾角的一半。
（五）導體偶極磁場的磁矩方向，取決於導體的轉動方向和導體內的電流情況，導體內的電流情況也就是導體內的磁力線聯狀況。薄壁球形（地球）自轉導體遵循左手定則，球型（木星）自轉導體遵循右手定則。
（六）地球磁場的試驗模型方案有三種，最主要的是將設計好的導體模型送到有太陽風的空間中去，使它旋轉運行，再測量它的各點磁場數據。
（七）太陽黑子區相對太陽的其它地區較為安靜和溫度較低，其它地區的強大的帶電粒子流就會奔向黑子區域；強大粒子流激發了黑子渦旋流的環形閉合導電環路，使其中導體內形成的電流並產生磁場。強大的磁場形成一個環形磁層，環形磁層又阻止粒子流的進入，並相互作用。因為帶電粒子流不能進入黑子區，使太陽黑子區域變得比之前更加黑暗；相互作用使磁場再次變得更為強大。
（八）被太陽風激勵的磁層外圍磁力線攜帶著太陽風的能量，從地球北極部位進入地殼並驅動自己轉著的地殼導線內的電流。由於地球自轉的作用，地球赤道是地殼導電體的電流中心，地球赤道環路的電導率有著很大的差異。磁力線經過導體內側再從南磁極流出與磁層磁力線閉合。
（九）磁能生電，電能生磁。磁生電的本質是磁生磁。地球磁場就是這樣一個轉換過程，我們用一種磁場轉換成另外一種磁場的理念來考慮地球磁場：太陽風激勵的地球磁層的磁場經地球赤道環電流生成的地球磁場，它的現狀完全依賴於地球赤道環導電體的實際狀況。