地磁场对地球上的生命有什么作用

高能带电粒子从各个方向落在地球上，它们其中大部分是由太阳产生的。如果不是因为地球的磁场，我们就会受到对人类有害的地面辐射的冲击。更严重、更长期的影响则是大气层被侵蚀。比起无质量粒子（比如光），带电粒子携带的动能要更多，因此当它们撞击空气分子时，它们有足够的能量将空气分子弹射到太空中。

这可能已经在火星上发生过了，有证据表明火星上曾经有过磁场和复杂的大气层，但是目前两者是都不存在的（火星的大气密度约为我们的1%）。磁场的规则#1是“右手定则”：手指指向的是带电粒子运动的方向，将手指沿着磁场方向弯曲，则拇指指向的是粒子转动的矢量方向。忽略沿着磁场切向的速度分量（你不必把你的手指沿着它们已经指向的方向弯曲），则力与粒子的速度和磁场的强度成正比。

图解:以往资料记述（对于历史记述不作解释），电流（电荷移动的方向）用符号I表示，磁场用符号B表示。相应地，粒子的受力用F表示。在这种情况下，粒子向右移动，但磁场作用将使其向上弯曲。

这适用于带正电的粒子（例如质子）。如果你想知道带负电的粒子（电子），那么只需取相反的方向，或者用你的左手判断方向。如果磁场保持不变，那么离子的运动轨迹最终将被拉成一个完整的圆圈。

碰巧，地球有一个磁场，太阳以“太阳风”的形式向我们（以及其他各个方向）发射带电粒子，因此右手定则可以解释我们所看到的大部分内容。地球的磁场从南到北穿过地球的核心，然后在地球表面上由北向南弯曲并进入太空。 因此，从太阳飞向我们的正粒子被推去西方，负粒子被推去东方（右手定则）。

地球场越强，粒子离地球就越近，因此粒子转动得就越快。所以，入射粒子的路径在地球附近发生弯曲，但在很远的地方延伸成直线。这是一种非常好的方法，它可以让粒子快速转动以至于足以把它带回地球场较弱的区域，在那里粒子的轨迹会变直，从而会将粒子带回太空。

在不同的区域，地球场或强或弱。而入射的带电粒子具有很大的能量范围，因此一小部分粒子会进入大气层与空气碰撞。只有宇航员才需要担心被太阳风中的粒子直接击中;我们其他人只能从高层大气中的高能量相互作用中得到反应后的弹片。

如果电荷沿着磁场方向移动，而不是穿越磁场，那么它根本不会被推来推去。在磁北极和南极周围，磁场直接指向地面，因此在那些区域，来自太空的粒子可以自由地下落。事实上，它们很难直截了当地下来。大多数现代科学家将该现象描述为“极光”。

图解:来自太空的带电粒子沿着磁场线进入高层大气，在那里轰击局部物质。绿色表示局部物质中的氧气。

地球磁场所做的不仅仅是使离子偏转或者将它们引到极点上去。当电荷加速时，它会发出光，而加速产生的转角，实际上是在新的方向上的加速度。这种“制动辐射”使电荷产生的速度变慢（这就是引起极光的重要原因）。如果离子的速度减到足够缓慢，那么它就不会逃回太空，也不会撞击地球，而是遵循着右手定则，在我们（除了我们的南极读者之外）上方数千英里的地方，其运动被限制在一个大圈之中。

这种现象就像是一种“磁瓶”，它能够将移动的带电粒子捕获在其中。环绕在地球周围的环状磁瓶就是范艾伦辐射带。随着时间的推移，离子会在那里积聚（它们最终会脱落），而且它们仍然以非常快的速度移动，这对于精密的电子设备以及脆弱的人类宇航员来说，此处便成为了险境。顺便说一下，“磁瓶”是唯一已知的含有反物质的区域。

如果你将反物质放入保存食物的玻璃罐里，你就要冒着反物质与常规物质接触并且反物质会被毁灭的风险。但是装在磁瓶中的离子就不会入词。如果那个离子恰好是反物质：没问题。但是事实证明，范艾伦辐射带中充满了反物质，大部分是在高层大气中经过高能碰撞产生的（它基本上是一个粒子加速器）。反物质并不危险也不会有其他作用。

当一个单独的，超快速的辐射粒子击中你时，无论它是不是由反物质构成的，都不会有太大的差别。实际上并没有很多地反物质存在，它的质量大约是1.6*10^-10kg(与1.6*10^-10kg的普通物质相结合后)，其产生的能量相当于7kg的TNT。你不会想在这样的地方碰上这样的能量，虽然还是可以这样说：这并不是什么值得担心的问题。

图解:在实验室模拟的范艾伦辐射带

以毫不相关的观点来看，这张图片对科学过程作出了完美地总结：构建一个东西，验证它可以做什么，再将结果公之于众。时间允许的话，给科学过程赋予一种独特的风格也是很不错的选择。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. askamathematician-The Physicist

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