第八章带电粒子流作用下的磁场

采用比较行星学的观念来看待地球磁场，也就是把地球磁场形成理念归纳入行星磁场的产生机理中去。这样形成的理论，应该是最能切合实际情况的理论。也就是说，该理论能够基本解释我们所遇到的地球磁场理论的困难。

从监测到的八大行星有关数据来看，行星的磁场强度和行星的自转速度密切相关。例如：金星，它和地球其它参数都非常接近，但是它的自转速度很慢，所以它几乎没有磁场；而自转周期时间很短的行星几乎都有强磁场，如：木星、土星等。应用这些参数归纳出的行星磁场理论，应该就是所描述行星磁场理论的源泉。

§1地球磁层的变化

太阳系是迄今为止人类能直接探测到的天体系统；其监测的主要对象是太阳的对外输出，除了引力和光之外，其它参数还有许多。主要包括太阳的多波段电磁辐射,太阳物质抛射事件和太阳带电粒子事件；由此而引起的行星际太阳风暴，磁层亚暴和磁暴，电子通量增强事件，粒子沉降，辐射带变化，电离层扰动和闪烁，中高层大气密度和温度，风速和成分等的扰动以及空间电状态改变等等；监测现象的空间，时间尺度的变化范围大。监测现象的局部地域性与全球性。如地磁异常，粒子沉降，电离层异常，地形地貌对高空大气的成分，状态的影响。空间天气的全球性，如存在随地球的磁经，磁纬度的全球分布与变化。

空间探测发展也非常非常快，它除了采用了很多新的物理思想以外，就是非常先进的探测技术。地球空间是由太阳磁场和地磁场相互作用形成的，实际上，地球是浸泡在相当多的等离子体中，像一个水泡一样的等离子体空间，它和太阳相互作用，就形成地球磁层，地球磁场的许多变化，都是来自于太阳变化的影响。地球磁层的变化和地球磁场的变化是不太能区分开来的，它们都和太阳的变化息息相关，地磁扰动由地磁指数表达。

一、地磁指数（geomagneticindices）

描述每一时间段内地磁扰动强度的一种分级指标，或某类磁扰强度的一种物理量。时间段均按世界时划分。地磁指数可以分为两类。

第一类地磁指数：描述每一时间段内地磁扰动强度的指数。在中、低纬度地区，扰动的强度是按地磁场水平强度的变化确定的。

C和Ci指数　C指数是单个地磁台用来描述每日(有时也用于每个小时)地磁扰动强度的指数，分为0、1、2等3级,称为磁情记数。各地磁台每日记一个数。当地磁变化比较平缓而无显著扰动时记为0,当地磁变化比较迅速而扰动幅度较大时记为2。

Ci指数是描述全球每日地磁扰动强度的指数，称为国际磁情记数。各个地磁台在同一日期所确定的记数C很可能不一致，为使每日取得一个确定的记数，以描述全球的地磁扰动强度，即由各个协作台站的每日记数C求其平均值，取至一位小数，故Ci指数从0.0到2.0共分为21级。

K和Kp指数　K指数是单个地磁台用来描述每日每个3小时内的地磁扰动强度的指数，称为三小时指数或磁情指数。年德国尼梅克地磁台首先采用了这种指数。这是一种定量的分级指数，从0到9共分10级，数字越大表示地磁扰动越强。每日分为8个时段,00～03时为第一时段，03～06时为第2时段……，21～24时为第8时段。每个时段确定一个K值，K值大小由各个时段的纯干扰变化的幅度a决定。纯干扰变化的幅度就是消除了太阳静日变化和太阴日变化之后的纯属地磁扰动的幅度。分级的办法是按照近似的对数关系给每一级K值规定一个幅度下限amin,单位为纳特（nT）。如，尼梅克地磁台(地磁纬度Φ=52.2°N)K和amin的对应关系，其中K＝9的幅度下限amin(9)=纳特是由地磁史上最强的一次地磁扰动的幅度确定的。这个最大的扰动幅度出现在年4月16日06～09时。

地磁扰动是随着地磁纬度升高而增强的。为使在每日的相同时段内,各个地磁台所确定的K值和尼梅克地磁台所确定的K值取得一致,处在不同地磁纬度地区的地磁台应有不同的K和amin的对应关系。

Kp指数是全球三小时磁情指数，称为行星性三小时指数或国际磁情指数。全球选取12个标准地磁台。在这些台站上，10级K指数被转化为28级Ks标准化指数，Ks分为00、0+、1-、10、1+……8-、80、8+、9-、90，并且分别季节和3小时时段列出了K同Ks的对应表。由这12个台站所确定的K值即可从表中查出相应的Ks值。这些台站的每日各个相应时段Ks的平均值就定义为Kp指数。每日共有8个Kp值，数值亦在00到90之间。

Ak和Ap指数　Ak指数是单个地磁台描述全日的地磁扰动强度的指数，称为等效日幅度。因为K同a的关系是非线性的，所以直接采用每日的8个K值之和来描述每日的地磁扰动的强度是不恰当的。因此又把每一级K转化为一定的幅度ak，每日8个ak之平均值即为Ak指数。

ak是由每一级K对应最多的幅度ɑ确定的，称为等效三小时幅度，亦称ak指数。美国切尔滕纳姆地磁台（地磁纬度Φ=50.1°N）确定的K和ɑk的对应表。其中ɑk以2纳特为单位。其他地磁台以此表为基础可按一定关系进行K和ak的换算。

Ap指数是全球的全日地磁扰动强度的指数，称为行星性等效日幅度。同理又把每一级Kp转化为一定的幅度ap,称为行星性等效三小时幅度,亦称ɑp指数。其中，ap以2纳特为单位。每日8个Kp可确定8个ap；每日8个ap之平均值，即为Ap指数。

Cp指数　另一种描述全球全日地磁扰动强度的分级指数，称为全日行星性磁情记数。这是以每日8个ap之和为基础进行分级的,从0.0到2.5共分为26级。

由Cp和Ap的定义可知，CP不过是AP的一种简化形式,二者之间没有什么本质区别。此外，CP和Ci也是一致的,只是Ci=2.0被扩展为CP=2.0～2.5六级了。

U和U1指数　描述全球每月和每年的地磁扰动强度的指数。主要是反映磁暴对地磁场的影响。

U指数是地磁赤道处地磁场水平强度日均值的逐日差在一个月或一年内的平均值，单位取为纳特，并取系数为0.1,以使U的数值在1附近。

U1指数是U指数的改进。根据实用经验曾把U改进为U1。U和U1可同时采用。

第二类地磁变化指数　专门描述某类磁扰强度的指数。

Dst和DS指数　Dst指数是描述磁暴时变化的指数。在地磁赤道附近选取5个均匀分布在不同经度上的地磁台，这些台站的每个小时内水平强度变化的平均值就是Dst的数值，单位为纳特。这种指数主要是为了描述环电流扰动场DR的强度，亦即描述DR环电流的强度。

DS指数是描述环电流扰动场DR的强度（即DR环电流的强度）沿经度方向不对称性程度的指数。DS的数值取为上述5个地磁台的每个小时内水平强度变化的最大差值，单位为纳特。

AU、AL及AE指数　描述极区磁亚暴强度即描述极光带电急流强度的指数。这些指数的数值，由均匀分布在极光带附近各个地磁台的每个小时内水平强度变化来决定(应消除平均的平静变化)，水平强度的单位为纳特。

AU指数是在这些台站中每个小时内的最大正变化。正变化出现在午后和傍晚，因此，AU指数反映了东向的极光带电急流的强度。

AL指数是在这些台站中每个小时内的最大负变化。负变化出现在夜间和早晨，因此，AL指数反映了西向的极光带电急流的强度。

AE指数是每个小时内最大正变化同最大负变化的绝对值之和。

国际地磁静扰日　全球共同采用的磁静日和磁扰日。由国际地磁指数服务机构根据每日8个Kp之和、平方和、最大值Kpmax三者的平均值来确定各日的静扰程度，并且选定国际地磁静扰日。国际磁静日为每月5个地磁扰动最小的日期。国际磁扰日为每月5个地磁扰动最大的日期。从国际地磁静、扰日的选定方法可知，国际磁静日和国际磁扰日的选定标准不是绝对的，不同月份的国际磁静日或国际磁扰日之间的地磁扰动程度可能相差很大，这完全取决于每个月份出现的地磁扰动状况。

二、空间天气预报

空间天气对人类社会的发展越来越重要，其预报的准确性、可靠性和及时性直接关系到减少或避免空间灾害给人类活动带来巨大的损失和危害。

地球的周围并非像我们看到的那样空空如也。除了我们相对了解的大气层之外，我们的身边还受到地球的重力场和磁场、还有其他星球的引力场和磁场、以及各种空间电磁辐射的作用。通常情况下，我们在厚厚的大气层保护之下，并没有最直接地感觉到这些磁场或者辐射离子的作用，但是如果在那些大气稀薄而不能提供有力保护的高层大气、电离层等太空区域，或者当地球磁场受到太阳粒子的影响而发生大的扰动的时候，就会出现磁暴、极光等空间天气现象。

一般来讲，空间天气又被称为空间环境（spaceenvironment）。它是指围绕地球受地球磁场、引力场和电磁辐射等所控制的空间范围内的环境。该环境主要涉及：一、重力场（即地球引力场）；二、中性高层大气；三、由电离层、等离子体层、磁层及各边界层构成的空间等离子体和波；四、高能粒子（由辐射带和宇宙线构成）；五、来自太阳的电磁辐射、地气热辐射、电场和磁场；六、来自宇宙空间的流星体；七、人类航天活动产生的空间碎片。而在这些因素里面，对空间天气影响最大的则来自太阳。太阳作为距离地球最近的恒星，就是一个不断喷发的动力源，把各种物质、高能粒子、以及磁场等源源不断地抛射出来，它们不断冲击着地球的磁场和电离层，从而对地球周围的空间天气产生巨大的影响。

空间天气预报为空间天气变化的规律研究、模式与预测、效应分析、防护措施、地面与空间技术系统的运作，以及人类活动决策等提供观测数据。建立空间天气的地面、空间的全球监测网是建立和发展空间天气学的基石，是第一位的制约因素。空间天气的监测具有以下显著的特点。

(1)监测的空间范围很大，从地面2～30千米以上直至太阳，它由物理性质和结构很不相同的5个空间区域：太阳大气、行星际介质、地球的磁层、电离层、中高层大气所组成。这些空间区域已经成为人类活动的重要区域，是空间天气学的主要监测对象。

(2)监测的对象和参数多，空间天气监测的主要对象包括：太阳活动、多波段电磁辐射增强输出、日冕物质抛射事件和太阳质子事件、行星际太阳风扰动、行星际磁场方向变化、磁层亚暴和磁暴、粒子沉降、辐射带变化、电离层扰动和闪烁、中高层大气密度和温度、风速和成分等的扰动以及空间电状态改变等等。

(3)监测现象的空间、时间尺度的变化范围大。空间尺度从行星际激波的千米到中高层大气的1千米左右；时间尺度从几分钟、几小时、几天到11年太阳活动周变化。

(4)监测现象的地域性与全球性。如地磁异常、粒子沉降、电离层异常、地形地貌对高空大气的成分、状态的影响；空间天气的全球性，如存在随地球的经、纬度的全球分布与变化。

(5)监测现象的相关性强。太阳日冕物质抛射、行星际风暴、地磁暴、电离层暴、中高层大气中的热层暴和银河宇宙线暴等都存在着很强的时序因果间的相关性。

空间天气预报是基于我们对空间环境的不断监测，掌握其一定的变化规律，给出空间环境的未来变化趋势的预测。因为太阳活动的重要性，所以监测太阳黑子、冕洞、日珥、耀斑等太阳活动现象则是空间天气预报中极为重要的内容。空间天气预报还将进一步地为服务对象提供更详细的预警信息和行为指导。

空间天气预报的内容主要有几个方面：一是太阳活动预报，包括周期性活动和爆发性活动，如太阳黑子数、耀斑、高速太阳风等。二是行星空间天气预报，如行星际磁场的大小和方向，太阳风状态等。三是地球空间天气预报，包括磁暴、地磁活动、极光现象、电离层暴等。空间天气预报比气象预报复杂得多，它涉及的空间区域从地球表面几十千米一直到太阳表面。空间天气关心的“风”是太阳风，“雨”是来自太阳的带电粒子雨，空间天气没有阴晴之分，只有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别，空间天气不注重冷暖，特别关心的是太阳紫外线和X射线的变化。太阳活动平静时是“好天气”；当太阳活动频繁，可能影响到地球上的通信、导航和电力系统，以及卫星或航天器的运作时，便是“坏天气”。

预报常有的项目：长期短波通讯突然骚扰和太阳质子事件、太阳黑子相对数、太阳10厘米射电流量、太阳X射线耀斑等预报方法，其形成了一整套预报方法体系。

地球大气层外的世界，诸如等离子体，内外辐射带，磁层，环电流，等逐渐被一一发现，但是未知的东西仍然很多，因此，空间探测成为地球空间和航天技术紧密结合的现代科学技术领域，实际上我们在探测地球空间的同时，还在探测行星际空间和正在准备向太阳系以外的一个空间发射卫星，人类终将彻底认识自身生存的世界。

三、磁暴(Magneticstorm)

全球性的强烈地磁场扰动即磁暴。所谓强烈是相对各种地磁扰动而言。其实地面地磁场变化量较其平静值是很微小的。在中低纬度地区，地面地磁场变化量很少有超过几百纳特的（地面地磁场的宁静值在全球绝大多数地区都超过3万纳特）。一般的磁暴都需要在地磁台用专门仪器做系统观测才能发现。

磁暴是常见现象。不发生磁暴的月份是很少的，当太阳活动增强时，可能一个月发生数次。有时一次磁暴发生27天（一个太阳自转周期）后，又有磁暴发生。这类磁暴称为重现性磁暴。重现次数一般为一、二次。

当激波扫过地球时，磁层就被突然压缩，造成磁层顶地球一侧的磁场增强。这种变化通过磁流体波传到地壳，表现为地面磁场增强，就是磁暴急始。急始之后，磁层被压缩，压缩剧烈时，磁层顶可以进入同步轨道之内。与此同时磁层内的对流电场增强，使等离子体层收缩，收缩剧烈时，等离子体层顶可以近至距地面2～3个地球半径。如果激波之后的太阳风参数比较均匀，则急始之后的磁层保持一段相对稳定的被压缩状态，这对应磁暴初相。

磁暴期间，磁层中最具特征的现象是磁层环电流粒子增多。磁层内,磁赤道面上下4个地球半径之内，距离地心2～10个地球半径的区域内,分布有能量为几十至几十万电子伏的质子。这些质子称为环电流粒子，在地磁场中西向漂移运动形成西向环电流,或称磁层环电流，强度约安。磁层环电流在磁层平静时也是存在的。而磁暴主相时，从磁尾等离子体片有大量低能质子注入环电流区，使环电流幅度大增。增强了的环电流在地面的磁效应就是H分量的下降。每注入一次质子，就造成H下降一次，称为一次亚暴，磁暴主相是一连串亚暴连续发生的结果。磁暴主相的幅度与环电流粒子的总能量成正比。磁暴幅度为纳特时,环电流粒子能量可达4×焦耳。这大约就是一次典型的磁暴中磁层从太阳风所获得并耗散的总能量。而半径为3个地球半径的球面之外的地球基本磁场的总能量也只有3×焦耳。可见，磁暴期间磁层扰动之剧烈。

19世纪30年代C.F.高斯和韦伯建立地磁台站之初,就发现了地磁场经常有微小的起伏变化。年，地磁台开始有连续的照相记录。年9月1日，英国人卡林顿在观察太阳黑子时，用肉眼首先发现了太阳耀斑。第二天，地磁台记录到纳特的强磁暴。这个偶然的发现和巧合，使人们认识到磁暴与太阳耀斑有关。还发现磁暴时极光十分活跃。19世纪后半期磁暴研究主要是积累观测资料。

磁暴和磁层暴是同一现象的不同名称，强调了不同侧面。尽管磁暴的活动中心是在磁层中，但通常按传统概念对磁暴形态的描述仍以地面地磁场的变化为代表。这是因为，人们了解得最透彻的仍是地面地磁场的表现。

磁暴开始急，发展快，恢复慢，一般都持续两三天才逐渐恢复平静。磁暴发生之后，磁照图呈现明显的起伏，这也是识别磁暴的标志。同一磁暴在不同经纬度的磁照图上表现得很不一样。为了看出磁暴进程，通常都需要用分布在全球不同经度的若干个中、低纬度台站的磁照图进行平均。经过平均之后的磁暴的进程称为磁暴时（以急始起算的时刻）变化，记为Dst。

四、磁层亚暴（magnetosphericsubstorm）

发生于地球磁层的强烈扰动。简称亚暴。持续时间为1～2小时。主要扰动区域包括整个磁尾、等离子体片和极光带附近的电离层。年，赤祖父俊一和S.查普曼把磁暴主相分解为环电流磁场和极区扰动磁场。极区扰动磁场的持续一般为1～2小时，比磁暴的持续时间短得多，故又称极区扰动磁场亚暴，也称地磁亚暴；因为极光活动时间和地磁亚暴一致，故极光活动又称极光亚暴。年，赤祖父俊一把它们统称为磁层亚暴，因为它们都是磁层扰动的表现。

亚暴起始时，平静光弧突然增亮，增亮区扩大，这就是极光亚暴。亚暴是南北半球共轭的，共轭点上有相同现象，共轭点是指同一条磁力线截于南北半球地面的两点。亚暴是磁尾的一种激烈而频繁的运动形式，磁扰日里几乎每天都发生数次。亚暴常成串出现，时间间隔无规律，有时第一次尚未结束，第二次接踵而来，这称为叠发亚暴。每一次爆发来不及构成完整的膨胀相，而只是一次接一次的极光增亮。亚暴的发生与行星际磁场和太阳风状态有密切关系，一般当行星际磁场持续一段时间偏南之后，就会发生一连串亚暴。

五、地球空间暴

地球空间暴这个名词概括地球空间相互联系的爆发事件。定义地球空间暴包括磁层亚暴、磁暴、磁层粒子暴、电离层暴和热层暴，其中磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴可称为磁层空间暴，这是当前地球空间最具有挑战性的关键科学问题。

特别是磁层粒子暴，是人造卫星的杀手，破坏力极强。人类也进一步认识到，这些空间暴的发生机理和发展机制非常复杂，常常在地球的这一侧触发，而其能量却能传到地球的另外一侧，并引发其它爆发，因而是不同空间层次和不同时空尺度的全球过程。

地球空间环境经常爆发的有“五暴”，其中磁层有“三暴”：磁暴、亚暴和粒子暴，此外还有电离层暴和热层暴；而磁层变化与另外两个处于同一层面的电离层和热层变化，紧密相联并相互影响。

包括磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴。

―磁层亚暴是发生在磁层中巨大能量存储突然释放的瞬变活动，大约每天发生3－4次，每次释放的能量大约相当于一次中等地震的能量。连续发生的磁层亚暴与强磁暴有密切关系。

―磁暴是全球地磁场的剧烈活动，可引起电磁层和高层大气的剧烈扰动，这对航天活动、通信、导航的定位精度有重要影响。

―磁层粒子暴是近地磁层中各类粒子爆发性事件，对航天活动有重要影响。

―电离层暴和热层暴是电离层和电离层附近发生的剧烈变化。电离层通讯条件发生改变，称之为电离层暴的恶劣变化；卫星轨道的大气加热，密度增加，发生所谓热层暴以及高能量电子的通量突然增强事件等。

简单地说，依据以前的知识，我们都把磁层磁场和地球磁场理解成为一种自然现象。为了更好地理解地球磁场，我们把它分为磁层磁场和地磁场来探讨，很多机理就容易明白了。抵御太阳风和太阳风相互作用的都是磁层磁场，强烈扰动太阳风使磁层磁场发生了变化，然后又影响到了地磁场。仅有三千千米的地核产生的地磁场不可能影响到六万多千米的磁层磁场，它们之间距离相差二十多倍呢，而且在磁层顶其还相当强劲。

§2行星磁层

太阳风与地球磁场相互作用产生磁层的各个层次结构的理论预测，都逐一为空间飞船的观测所证实。地球磁层现象不是地球所独有的，其他太阳系行星也各有相同或者类似的磁层结构。在太阳系的八个行星中除天王星、海王星因距离遥远所知情况较少外，其他几个行星都先后有宇宙飞船探测过，内行星：水星和金星有飞船水手10号、水手5号飞过，外行星：木星和土星有飞船先锋10号、先锋11号和航行者1号和2号飞经其附近，火星由专门的火星3和5对其磁场测量。人类不能只满足于对自己居住行星的了解，也会扩大我们的视野一样，只有对其他行星详细地测探，才会更好地了解我们的地球。

关于行星磁场的产生机理，时至现在仍然还是一个没有归纳出来的疑问。关于它产生的原因也已有许多种假说，这些假说虽然能够解释一些现象，但是都存在它们的理论缺陷。

大行星的磁场

卫星探测表明，太阳系中的水星、地球、木星和土星都具有较强的磁场,太阳风流过它们时都形成自己的磁层。太阳及其行星际磁场一同在星际空间运行，排斥星际介质而形成大的日球层，就是太阳磁层。由于等离子体的密度和速度以及星体磁矩的大小和方向等都不相同，磁层的尺度和结构也有着很大的差异。

在行星周围，被太阳风等离子体包围，受星体磁场控制的空间区域就是行星磁层。行星磁层的形成和结构形态，主要取决于太阳风和行星磁场的分布。行星磁层基本上可分为三种类型。

1、偶极磁场的慢旋转磁层　有些行星生成较强的偶极磁场，这一磁场的磁压，足以在离行星相当远的距离处与太阳风的动压相平衡，形成磁层顶。同时，这些行星的旋转速度很慢，旋转对于磁层结构的影响可以忽略。地球磁层就属于这种类型。

2、偶极磁场的快旋转磁层　有的行星生成较强的偶极磁场，而这些行星的旋转速度较快，旋转对于磁层结构有显著的影响。木星磁层就是这种类型。

3、感应磁层　有的行星本身没有磁场或者磁场很弱，它的磁场主要是依靠行星周围的等离子体与太阳风相互作用产生的。金星磁层可能属于这种类型。年以来，先后发射了各种行星探测器，对水星磁层、金星磁层、火星磁层、木星磁层和土星磁层进行了直接探测。关于天王星和海王星的磁层，目前还缺少直接探测资料。

（一）水星磁层

水星是距太阳最近，是太阳系里最小的一颗行星，距太阳平均距离只是0.39AU，半径为公里。水星有与地球类似的磁层和弓形激波，它的磁层顶、磁尾电流片都与地球类似。水星磁层顶对日点到水星中心的距为1.32Rm（Rm为水星半径），这样水星磁层占据的空间很小。水星磁层内等离子体与地球的也非常相似。

根据测量水星磁场的磁偶极矩为2.4×～5×高斯·厘米3,水星表面赤道磁场强度为纳特，两极处略微强些，约纳特。在向阳面,磁层顶和弓激波的位置大约分别为1.4±0.2和1.9±0.2个水星半径单位。

跟地球磁场强度比较一下就更清楚些，地球表面赤道上的磁场强度在～00纳特之间，两极处的强度也略大，地磁北极约60纳特，南极约纳特。大体上说来，水星表面磁场的强度大致是地球的百分之一。与地球磁场相比，水星磁场强度不算高，更不要说与其他强磁场行星——木星和土星相比了。但是，除了这些颗行星之外，在太阳系的其余行星当中，水星还是可以称得上是有较强磁场的一颗行星了。

水星磁场与地球磁场还有一些很相像的地方，那就是磁轴与自转轴并不重合，两者互相交而形成一个夹角，水星的这个角度是11°，而地球则是11°多。磁轴指的是北磁极和南磁极点之间的连线。

既然存在磁场，磁场在太阳风的作用下肯定会被局限在一定的范围内，这个范围就是所谓的磁层。太阳风基本上不进入到磁层里面。水星和地球都有磁场，也都有磁层，水星磁层冲着太阳那面的边界——磁层顶到水星中心的距离，大致相当于1.45个水星半径，地球磁层顶到地球中心的距离约11个地球半径。所不同的是，地球磁层是不对称的，有点像是条头大尾小的大“鲸鱼”，而且“尾巴”拉得很长；水星的磁层则比较对称，“尾巴”也短。

水星有一个基本上与自转轴平行的偶极磁场，虽然磁场强度比地球磁场弱的多，但两者却很相似。人们首先想到的是，它们磁场的成因也许是相似的或者是相同的。

“水手”10号发现水星具有远比火星、金星强大得多的磁场。探测结果还表明，与磁强计所得曲线十分符合的水星磁矩，不到地球磁矩的1/3。水星磁极的极性与地球相同，偶极矩指向南；磁轴和自转轴交角约11°。依据现行的行星核发电理论，可以肯定水星磁场是这个行星本身所固有的。

（二）没有磁场的行星—金星

金星是距地球最近的行星，和地球大小差不多，它距太阳平均距离为0.72AU，半径为公里。宇宙飞船提供了直到距进行公里高的金星磁场数据。金星磁场很小，所以金星磁场不足以阻止太阳风，太阳风直接吹进金星大气，宇宙飞船水手5号测到金星的弓形激波，但是金星没有磁层，弓形激波是太阳风与金星电离层作用生成的。

金星电离层与地球电离层类似，电子密度在高度公里达到极大：5.6×/厘米3，而在公里高度终止，即公里是金星电离层顶，另一飞船测到的电离层顶比公里低，约为公里，从公里到公里有一个复杂结构。是否金星电离层也有几个层次，或者电离层顶是一个过渡区，有待将来仔细测量证明。

由行星探测器探测到的磁场估算，金星的磁偶极矩约为3～6.5×高斯·厘米3之间。金星表面磁场约为18～29纳特。但后来的磁场探测结果表明,金星磁偶极矩最大值约是(4.3±2.0)×高斯·厘米3,比以前的估计约低一个数量级。从这些探测结果来看，一般认为金星的固有磁场很弱，主要是太阳风与电离层相互作用引起的感应磁场。金星磁层结构的特点由于金星没有固有磁场，或者只有很弱的磁场，太阳风可以直接与电离层相互作用。因此，金星没有像地球、木星和土星那样的完整的磁层结构。

探测结果表明，金星有明显的弓激波。激波在向阳面对日点的平均位置大约是1.27RV（金星半径RV约为千米），在侧面的平均位置大约是2.44RV。在向阳面，磁层顶和电离层顶几乎重合在一起，在背阳面，两者明显地分开。金星磁层也有背阳面拉长的磁尾。在离金星2～5RV的远磁尾区，存在着与地球相似的等离子体片和中性片，但磁力线的方向与地球相反：黄道面以北，磁力线离开金星；黄道面以南，磁力线指向金星。在这里，伴随着等离子体能量的增加，观测到磁场强度周期性地减小。现象表明，金星磁层中有可能发生磁层亚暴。

电离层的外边界称为电离层顶。电离层顶的高度在向阳面对日点处的高度平均约千米，在黄昏一边约千米，在早晨一边约0千米。亦只是发现金星附近的太阳风激波。这种激波的位形可以用太阳风直接同金星大气的顶部碰撞来解释。激波后的湍流和小尺度磁场是由太阳风同金星表层物质相互作用而产生的。

（三）地球磁层

关于地球磁场，本书第二章之后的章节给予了全面的讨论，这里不再赘述。

（四）火星磁层

火星曾经是人文科学家最为

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