地核发电机 基本概念与地球磁场起源 ：地球拥有一个全球性的偶极磁场，其磁场线大致从地理南极附近发出，进入地理北极附近。这个磁场并非由一块永久的磁铁产生，因为地球内部温度远高于铁的居里点（磁性消失的温度）。主流科学解释是“地核发电机”理论，即地球的磁场是由外核中熔融铁镍合金的流体运动，通过磁流体动力学过程自维持产生的。 结构与物质状态 ：地球内部结构由地壳、地幔、地核组成。地核又分为固态的内核（半径约1220公里）和液态的外核（厚度约2260公里）。内核主要由铁和镍组成，并可能含有少量轻元素（如硫、氧、硅）。外核是高温（约4000-6000开尔文）、高压下的熔融铁镍合金，同样含有轻元素，这些轻元素降低了合金的熔点，使其保持液态，并驱动对流。 发电机的能量来源 ：维持液态外核流动需要能量，主要有三种来源：一是 热源 ，即地球形成初期吸积能残余、放射性元素衰变热以及内核凝固释放的潜热；二是 成分源 ，内核凝固过程将大部分轻元素排出到外核底部，导致外核底部流体密度低于顶部，从而因成分差异（更轻）产生浮力驱动对流；三是 重力源 ，即地球自转相关的力。这些能量驱动外核流体发生复杂对流。 科里奥利力与对流组织 ：地球的自转使外核中的对流流体受到强大的 科里奥利力 作用。该力使原本上下的径向对流运动发生偏转，组织成沿地球自转轴方向排列的柱状对流（泰勒柱），或产生大尺度的环流剪切。这种组织化是形成有序大尺度磁场的必要条件。 磁流体动力学过程 ：外核是导电的流体。根据电磁感应定律（法拉第定律），运动的导电流体会切割任何微弱的初始磁场（“种子磁场”，可能源于早期太阳风或热电流），从而感应出电流。这些电流自身又会产生磁场（安培定律）。若流体的运动形态合适（通常是螺旋状的，由对流和科里奥利力共同导致），这个新产生的磁场会加强初始的种子磁场，而不是抵消它。这个过程被称为 自激发电机 。 差速旋转与磁场西漂 ：地球的固态内核、液态外核、地幔的自转速度并不完全同步，存在 差速旋转 。观测发现，地球磁极以每年约0.2度的速度向西漂移，这正是外核流体相对于地幔和地表自西向东运动稍慢的表现（即相对向西运动），反映了外核内部流场的复杂结构。 磁极反转与发电机复杂性 ：地质记录显示，地球磁场极性并非恒定，而是以数十万到百万年不等的间隔发生 磁极反转 （南北磁极对调）。这是地核发电机非线性、混沌特性的表现。计算机数值模拟已能再现这种自发反转，表明它源于外核对流运动和磁流体动力过程的固有不稳定性，可能与内核边界处流场结构或磁场能量与动能转换的周期性涨落有关。 对其他天体的意义 ：“发电机理论”不仅适用于地球，也是解释太阳、木星、土星等具有导电流体内部的天体磁场的普适性理论。例如，木星的强磁场源于其金属氢层的快速对流。行星有无磁场、磁场强弱和结构，很大程度上取决于其内部结构（是否有导电流体层）、能量来源（驱动对流）和自转速度。