来源于超新星爆炸的磁星，为什么磁场强度是宇宙最强？

磁星是宇宙中观察到磁场最强的中子星，但磁星的起源仍然存在争议。现在发表在《科学进展》期刊上发表的一项研究中，来自CEA、萨克利、马克斯·普朗克天体物理研究所(MPA)和巴黎物理研究所的一组科学家，开发了一种新的、空前详细的计算机模型，可以通过放大快速旋转中子星在塌缩的大质量恒星中诞生时先前存在的弱场来解释这些巨强磁场的起源，为理解这类恒星最强大、最明亮的爆炸开辟了新途径。

中子星的半径约12公里，但质量却包含至少1.4倍太阳质量的致密天体。其中，磁星的特征是喷发发射X射线和伽马射线，与这些强辐射爆发相关的能量可能与超强磁场有关。因此，由于加强了磁制动，磁星的自转速度应该比其他中子星更快，对它们自转周期演变的测量已经证实了这一情况。因此，研究推断磁星有10^15Gauss(G)量级的偶极磁场，即比典型中子星的磁场强1000倍！

中子星通常是在超过九个太阳质量的大质量恒星核坍塌后形成，而恒星外层在一次被称为核心塌陷超新星的巨大爆炸中被喷射到星际空间。因此，一些理论假设中子星和磁星的磁场可以从它们的前身恒星继承下来，这意味着这些磁场可以完全由坍塌前恒星核的磁化强度决定。然而，这一假说的问题是，恒星中非常强的磁场可能会减慢恒星核心的旋转速度，因此来自这种磁化恒星的中子星只会缓慢旋转。

MPA的团队成员H-托马斯·扬卡(H.-Thomas Janka)说：这不会让我们解释超新星爆炸和长时间伽马射线爆发的巨大能量，在这些爆发中，快速旋转的中子星或快速旋转的黑洞被认为是巨大能量的中心来源。因此，另一种机制显得更为有利，即极端磁场可以在中子星本身形成的过程中产生。在恒星核心坍塌后的最初几秒钟内，新生的热中子星通过发射中微子冷却下来。

这种冷却会触发强大的内部对流物质流动，类似于炉子上锅里沸水的起泡。恒星物质的这种剧烈运动，可能会导致任何预先存在的弱磁场增强。这种被称为发电机效应的场放大机制正在发挥作用，例如，在地球的液态铁核或太阳对流包层中。为了测试中子星的这种可能性，研究小组使用法国国家高等教育计算中心的超级计算机模拟了一颗新生、非常热和快速旋转的中子星对流。

事实上，通过这种新的建模方法发现，在足够快的旋转周期内，微弱的初始磁场可以被放大到10^16G的值。研究的主要作者、萨克雷CEA的拉斐尔·雷诺说：研究模型表明，与较慢的旋转相比，短于8毫秒的旋转周期，能更有效的发电机过程，旋转较慢的模型，不会显示这种强大的发电机所产生的巨大磁场。除了揭示磁星的形成，这些结果还为理解最强大、最明亮的大质量恒星爆炸开辟了新途径。

例如，超超新星发出的光，比通常的超新星多一百倍，而超超新星的特征是动能大十倍，有时与持续数十秒的伽马射线爆发有关。这些突出的爆炸迫使科学家想象必须从“中央引擎”中提取大量能量的非标准过程。而“毫秒磁星”情景是目前此类极端事件中央引擎最有希望的模型之一。快速旋转的中子星旋转能量是增加爆炸能量的附加能量储存库。

通过施加制动力矩，10^15G的强偶极磁场，可以将中子星的旋转能量传递给爆炸。要使这个机制有效，场强必须在10^15G量级，这与对流发电机在毫秒自转周期内达到的值非常接近。到目前为止，毫秒磁星模型主要缺点是假设一个特别的磁场，而与中子星的快速自转速度无关。因此，研究小组获得的结果，提供了为宇宙中最强恒星爆炸提供动力的中央引擎情景所缺少的理论支持。

关于地球磁场的形成机制，目前还是地球物理学的难题之一；太阳系中的八大行星都有磁场，而太阳系中已知唯一存在磁场的卫星是木卫三，太阳本身也是存在磁场的。

地球磁场

早在战国时期，古人就发明了司南，有记载?司南之杓，投之于地，其柢指南?，后来慢慢演化出更实用的指南针；其中的原理，就是利用了地球本身存在磁场，地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。

实际上地球磁极与地理极点并不完全重合，而是存在磁偏角的，最早发现并记录磁偏角的，是我国宋朝学者沈括，由于磁偏角非常小（小于6度），所以利用地球磁场原理制造的指南针，可以大致确定地理南北极方向。

形成机制

在地球物理学中，地球磁场的形成机制还是一个谜团，相关学者提出的解释有十多种，比如电流学说、压电效应说、霍尔效应说、电磁感应说等等。

最初人们认为地球内部就是一个永磁铁，但是后来科学家发现磁性物质达到一定温度（居里点）后，其磁性就会消失，地球内部温度高达5000摄氏度，所以地球内部不可能是一块永磁铁。

比较普遍的说法，是用磁的本质?电?来进行解释，由于地心主要由铁和镍组成，在高温高压下，部分铁和镍的外层电子逃逸，形成自由电子和铁镍原子的离子体，在巨大压力的作用下，电子向压力低的地幔转移，铁镍离子将聚集在地心处，然后根据电磁学理论，变化的电场产生磁场。

变化规律

地球磁场每天都在变化，目前磁北极正在以每年55公里的速度移动，磁场强度在过去的四千年间降低了近一半；有科学研究表明，在过去的7600万年间，地球曾出现过171次地磁倒转，而上一次发生在78万年前。

如果该模型正确，相信距离下一次地磁偏转也不远了，科学家也在密切监视着地球磁场的变化，最新的数据表明，地磁北极正在加速移动，比先前的理论预言模型快了很多，但是科学家还无法确定下一次地磁偏转大概在什么时候发生。

其他星球的磁场

在宇宙中，诸如恒星、白矮星、中子星、黑洞等等天体，基本都存在磁场，比如某些脉冲星，其极点的强度甚至超过地球的30万亿倍。

在太阳系中，八大行星均存在磁场，其中木星的磁场最强，强度大概是地球磁场的30倍；但是绝大部分卫星都没有磁场，比如月球就没有磁场，太阳风粒子能直达月球表面，所以在月球表面积累了许多氦-3，这是核聚变中的清洁燃料。

百科狗 baikegou.com