温暖我们的不仅仅是阳光应该还有地球电磁场

　　人们称颂“万物生长靠太阳”,这是因为生物的生长和进化所需要的能量都是来自太阳,当然这里指的太阳是太阳光给地球的能量.如果没有太阳光的能量,地球动物、植物、生物的一切活动都将停止,世界会变得一片黑暗,万物都要走向灭亡.从广义上讲,太阳光是地球上大多数能量的源泉,例如风能,生物转化的化学能,水的势能等等.各种生物在地球上生存,地球必须保持有一定的环境温度,地球的温度需要消耗巨大的能量.这些能量从那里来?我们现代的科学和气象学认为,那还用问,它都应该是来自于阳光.

　　可是如果我们仔细想想,我们的环境温度全部都是太阳光提供的,那么就有好多问题无法解释.首先说昼夜的温差,地球的昼夜温差非常小,地球上大多数天气的昼夜温差,我们暂且称之为地球的年平均日温差,它只有几摄氏度.和月球的年平均温差300多摄氏度相比只有很小的一点,还不到其零头.为什么地球的温差会这么小呢?现代科学认为是空气和海洋的保温作用造成的.但是仔细想想,只有光线给物体加温,没有另外的能量源,靠空气和海洋的保温,地球的温差只会有那么一点点?这是件不可思议的事.

　　我们首先比较一下地球和月球的具体情况,它们主要有四点不同：1、地球拥有大气层,月球没有；2、地球有海洋,月球也没有；3、地球的地热要比月球丰富,现在的月球地热能输出几乎为零；4、地球拥有电磁场,月球没有.当然地球和月球的温差差异与这四点不同是密不可分的.

　　地球的日温差很小,靠空气和海洋的保温作用造成的观点,主要源于大气的温室效应对地球有一定的保温作用和海洋中的水有很高的比热可以保存许多热能量的理论予以支持的.但是地球全面积的黑体辐射会消耗掉巨大的热能,地球只有一点点降温是不好解释的.东方人很早就把地球在太阳系中的位置定义为二十四个节气,作为一个长期的农业国能归纳出二十四节气,并用于指导农业生产,这需要拥有相当的智慧,只是因为没有使用拼音语言,所以未能抽象出现代科学的基础.二十四节气中有一个节气叫白露,在北半球的温带地区,节气白露的日温差最大,有的年份最高时可以达到近20摄氏度.同样的空气,同样的海洋,为什么白露时节的温差就大呢?只有保温这样的因素,保温的条件没有变,为什么温差会改变呢?

　　现代气象学的方法是用流体力学的方法来概算地球大气的温度状态.这就好比在一个平底锅里放上水,测量几个温度点之后,再去推算锅中水的温度状态,而不管锅外是怎样对锅加温的.这种情况有点像盲人摸象.科学的方法是,如果要充分理解地球这一事物的热本质,那么就必须分析在这一节点上的能量平衡.也就是说要熟知地球获得能量或者散失能量的每个体系.

　　地球获得能量的体系可以分为三大类：第一类是太阳光,它是保持地表温度的主要能量来源之一,也是地球成为一个活跃世界的能量源泉.第二类是引力作用力和核裂变衰变能.这类能量可以分为三种：一是太阳及其它星球的引力作用力,潮汐和四季变化是这类力的表现；二是地球自转力,地球日变化和季风是该力的气象现象；三是重力能和核裂变衰变能,它们的作用使地球内部保持有相当高的温度,地球形成初期时它们的量是巨大的,经过地球几十亿年的演化,现时它们能保持地核的温度不很快降低就不错了.第三类就是太阳风了,上世纪六十年代我们才知道它的存在,是它驱使了地球电磁场的活动,并且使地球磁场保持着相当大的形态.太阳风的单位能量并不是很大,不过庞大的地球磁场形态使地球在接受太阳风的能量上提高了近千倍.

　　地球消耗能量的体系可以分为四大类：第一类是地球运动状态的能量消耗,地球的公转和自转是需要消耗能量的,只是这个体系与本文无关,我们不在这里讨论；第二类是地球温度的能量消耗,其中包括地球的黑体温度辐射、风能、雨水的势能,另外还包括生物将阳光能转化的生物质能,因为最后它们还是要转变为热能；第三类是地球的电磁场形态能量消耗,其中包括极光、雷电、磁暴及其它、厄尔尼诺类能耗和范艾伦辐射带的保持能；第四类是地球的局部聚变能,其中包括地震、火山爆发等.这四类能量消耗只有第三类体系我们不太熟悉,以下来看它的运作机制.

　　在人类将卫星发射升空之后,我们才开始认识到太阳风、地球磁层以及辐射带等地球电磁场结构的存在.简单地说地球电磁场是一种天然变磁器,它可以分为磁层磁场、地电场和地磁场三大部分.

　　磁层磁场的外边界叫磁层顶,离地面5～7万千米.在太阳风的压缩下,地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远,形成一条长长的尾巴,称为磁尾.磁尾的磁赤道附近,有一个特殊的界面,此界面称为中性片,厚度大约有1000千米.中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球,南面的磁力线离开地球.由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘,便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面.波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘,厚度为3～4个地球半径.磁层顶有能量交换.由此磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球,太阳风强烈时,磁力线在地球电离层处留下千资百态、绚丽多彩的极光,它们在极区的平面上是个环形,所以也称作椭圆极光带.为保持磁层的形态、产生极光和磁层的活动等都需要耗费大量的能源.因此太阳风的能量必须进入磁场磁层,否则地球的环境里再也找不到如此大的能量源了.现在许多人把磁场能量源于地球的自转或者地球内的热能,这显然是些不切实际的理论.因为这些能量都太小,不足以形成地球电磁场.

　　磁层磁力线激励的地电流是个环地球纬度的地壳电流场,它在赤道附近的电流最大.太阳活动激烈时,大地环电流会烧坏输电设备,更强烈时还能烧坏输油管道.雷电是大地电流的的感应电动势,现在认为阳光的能量可以转化为雷电现象的理论极其困难,除非在地球上存在天然半导体效应.总体地看地球的雷电过程,其地表雷电每时每刻都会在地球上发生,风能或者单位地表温度能是没有这样大的力量为雷电提供动力的.

　　雷电现象实际上是在地磁场中发生的,它也可以算做地磁场的一部分.地磁场是地球变磁器的次磁场,它包括地磁场磁力线、雷电场、范艾伦辐射带和2万多千米高空的赤道环电流.地磁场通过赤道环电流和磁层磁场耦合在一起,有此形成庞大的地球电磁场体系.雷电场和范艾伦辐射带密切相关,高能级的雷电过程可以将范艾伦辐射带中的电离子清理出好大一片空间.

　　总而言之,维持地球表面温度的主要能量来自阳光、地热和地电流.1、阳光对地表的加温我们非常熟悉,阳光是一种低热值的能源,它分为可见光部分和不可见部分,不过能量大多都分布在可见光部分.阳光的能量有很小一部分被大气所吸收,在阳光直射的情况下有百分之五十的太阳常数能量可以到达地面.光的热作用基本上都是在物质的表面,当光线撤离后,物体会很快冷却.阳光对地球表面的加温具有季节性,但是对温带的影响不应该很明显,因为太阳改变角度的照射,并不会使太阳光的能量减少许多.2、地热对地球表面的温度影响是持续的,它对地球的每个方位上的能量输出都相差不多.对地球的南北两极地表的加温主要靠地热,阳光和地电流在这里的作用微乎其微.3、大地电流对地壳的加温是全纬度的,赤道附近最强,向极区逐渐减弱.地电