人类是怎样了解和认识地球磁场的分布,地磁场的来源有是什么呢?

地磁场
geomagnetic field
从地心至磁层顶的空间范围内的磁场.地磁学的主要研究对象.人类对于地磁场存在的早期认识,来源于天然磁石和磁针的指极性.磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极,地球的南磁极（磁性为N极）吸引着磁针的S极.这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的.吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的.这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐函数分析法所证实.
地磁场是一个向量场.描述空间某一点地磁场的强度和方向,需要3个独立的地磁要素.常用的地磁要素有7个,即地磁场总强度F,水平强度H,垂直强度Z,X和Y分别为H的北向和东向分量,D和I分别为磁偏角和磁倾角.其中以磁偏角的观测历史为最早.在现代的地磁场观测中,地磁台一般只记录H,D,Z或X,Y,Z.
近地空间的地磁场,像一个均匀磁化球体的磁场,其强度在地面两极附近还不到1高斯,所以地磁场是非常弱的磁场.地磁场强度的单位过去通常采用伽马（γ）,即10高斯.1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位,1高斯＝10特斯拉（T）,1伽马＝10特斯拉＝1纳特斯拉（nT）,简称纳特.地磁场虽然很弱,但却延伸到很远的空间,保护着地球上的生物和人类,使之免受宇宙辐射的侵害.
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分,它们在成因上完全不同.基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,比较稳定,变化非常缓慢.变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球外部,并且很微弱.
地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分.偶极子磁场是地磁场的基本成分,其强度约占地磁场总强度的90％,产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程,即自激发电机效应.非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域,平均强度约占地磁场的10％.地磁异常又分为区域异常和局部异常,与岩石和矿体的分布有关.
地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型.平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化,其场源分布在电离层中.干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等,场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系.磁暴是全球同时发生的强烈磁扰,持续时间约为1～3天,幅度可达10纳特.其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内.除外源场外,变化磁场还有内源场.内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的.将高斯球谐分析用于变化磁场,可将这种内、外场区分开.根据变化磁场的内、外场相互关系,可以得出地球内部电导率的分布.这已成为地磁学的一个重要领域,叫做地球电磁感应.
地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系,又和地壳上地幔的电性结构有关,所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义.
地球磁场曾经多次翻转
科学家们通过对海底熔岩的研究发现,地球的磁场曾经发生过多次翻转.众所周知,炽热的岩浆中含有数以万计的矿物质,就好像一个个“小指南针”.当岩浆冷却下来后,这些“指南针”也被固定住不再发生变化.这样,其“南北极”的指向就记录了当时地球磁场的方向.研究表明,地球磁场平均每50万年翻转一次,而最近一次的翻转发生在78万年前.由于一百多年来磁场不断减弱,人们不禁担心,地球磁场的又一次“大变脸”是否即将来临?
科学家指出,存在于地核周围的铁流体（熔融体）好像一部“发动机”,不停地将巨大的机械能转化成为电磁能,从而形成了地磁场.而铁流体有时会形成巨大的漩涡,迫使自己的流向发生变化,这就引起了地球磁场的改变.
磁场翻转,地球生物将面临“灭顶之灾”?
地磁场的两极倒转是一个极其漫长的过程,大约需要5000到7000年才能完成.本来,这不是什么可怕的事,但是,在此过程中,保护人类免受强烈紫外线辐射的地球磁场将会完全消失,这就将造成极其严重的后果.
首先,许多依靠鉴别地球南北极而迁徙的动物将会“乱了方寸”.几万年来,蜜蜂、鸽子、鲸鱼、鲑鱼、红龟、津巴布韦鼹鼠等这些动物一直依赖先天性的本能在磁场的指引下秋移春返,一旦磁场消失,它们的命运很难预测.而对于人类来说,最致命的打击莫过于直接暴露在强烈的紫外线辐射之下.届时,皮肤癌等各种灾难都将降临.而好莱坞更是就此大做文章,在2003年推出了新片《地核》,给人们描绘了地磁场消失时的惨状：带有心脏起搏器的人倒地而亡；鸽子乱飞,撞上了行人和窗户；整个地球被太阳辐射活活“烧烤”了一年.
利用卫星监测地球磁场变化
然而,科学家们却提醒人们不要杞人忧天.就算地磁场确要翻转,那至少也是两千年以后的事情.来自美国罗切斯特大学的教授们打赌说,到时候他们一定早去了另一个世界.不过,研究人员还是“未雨绸缪”——欧洲航天局计划在2009年往两极上空发射3颗卫星监测地球磁场的变化.胡洛特博士介绍说,这样不仅可以帮助人们预测磁场变化的情况,更可以避免短期内可能发生的“事故”,比如,保护那些低轨道人造卫星免受太阳粒子的侵袭.