第三章第七节宇宙磁现象
宇宙磁现象是指地球以外的各种星体和星体之间的星际空间的磁现象。宇宙磁现象所涉
及的空间范围和时间尺度都远超过地球。因此在这里只能选取其中一部分大家可能更为关心
和更感兴趣的宇宙磁现象，如阿尔法(α)磁谱仪上天(空间)探测、“阿波罗”飞船登月测月
磁、太阳磁活动与太空气象学、脉冲星与超强磁场。
太阳磁场与太阳黑子
太阳黑子是在太阳表面出现的很小的较暗的区域。观测表明黑子出现的数目、大小和位
置都是随时间变化的。进一步研究表明，太阳黑子是一种太阳磁场引起的局部区域温度降低
、发光减弱的现象。太阳黑子也是很早就有了观察记载，但直到近代通过观测和研究才认识
到太阳黑子的出现和变化是同太阳的磁场活动密切相关的。太阳的黑子活动不但同太阳的结
构和活动等密切相关，而且对于我们地球也有影响。所以太阳黑子的观察研究受到重视。
阿尔法(α)磁谱仪空间探测
阿尔法(α)磁谱仪是1998年人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。它利用强磁场和精密探
测器来探测宇宙空间的反物质和暗物质，探索和研究宇宙物理学、基本粒子物理学和宇宙演
化学的一些重大和疑难问题，例如寻找磁单极子等。最早的阿尔发磁谱仪是1998年由“发现
号”航天飞机载入太空，进行了约10天的试验性探测。
阿尔法磁谱仪(英文缩写为AMS)的研制工作是由美籍华裔物理学家、1976年度诺贝尔物理学
奖获得者丁肇中教授提出并领导的一个大型的国际合作科学研究项目，由美国和中国等10多
个国家和地区的37个科研机构参加科研工作。
其主要目的是寻找太空中的反物质和暗物质，以及解决其他一些重大科学问题。反物质是指
由质量相同但电荷符号相反的反电子(即正电子)、反质子和反中子组成的反原子构成的物质
，如反氦和反碳等。暗物质是指不能用光学方法探测到的物质。根据现代科学研究中的一些
学说，宇宙中除一般见到的物质(即正物质)以外，应还存在反物质；除用光学方法探测到的
一般物质以外，应还存在用光学方法探测不到的暗物质。这些物质在磁场中运动时会表现出
不同的特点，因而可以用探测器探测出来。阿尔法磁谱仪主要由磁系统和灵敏探测器等构成
。
可以看出，阿尔法磁谱仪是当代宇宙磁学中的一项重要的研究和应用成果。我们中国在这项
重要的研究和应用中也做出了重要的贡献。
“阿波罗”飞船测月磁
在20世纪60年代的“阿波罗”飞船载人飞上月球以前，人类对于地球以外的天体
的观测都是依靠人眼或望远镜。直到“阿波罗”飞船载人飞上月球，人类才开始了对地外天
体的直接观测和研究。在航天人员对月球的许多直接观察、测量和研究中，关于月球的磁场
和月岩磁性的观察、测量和研究也是一项重要的工作，并且取得了很有意义的结果。
宇航员利用磁场测量设备测量了月球表面和月球上空的月球磁场的3个分量，将采取的月球
岩石(简称月岩)带回地球，并通过测量月岩的磁性，可以推断出月岩形成时的月球磁场，正
像由地球的古岩石的磁性推断出地质时期的地球磁场一样。我国也曾得到少量的赠送的月岩
样品，并对其进行了一定的测量和研究。
从多次登月对月球磁场和月岩磁性的测量和研究中得到了关于月球结构和演化等的一些
重要信息。例如,月球磁场强度仅为地球磁场的大约百分之一(1%),远低于地球磁场，而且磁
场强度分布很不均匀，也不像地球磁场来自地球的磁北极和磁南极。
又例如，月岩中的强磁性物质主要是铁和铁合金，不像地球岩石中的强磁性物质主要是铁的
氧化物或铁的其他化合物，表明月球上长期缺乏氧气等气体。再经过进一步的科学研究和分
析，可以从月岩剩余磁性推论古代月球磁场远强于现在的月球磁场，而同现在的地球磁场相
近；又可以从现在月球的变化磁场推论它是由太阳发射的带电粒子流即太阳风在月球内部因
电磁感应作用所产生的，因而可推算月球内部岩石的电导率及其分布情况，再结合对月岩的
其他科学研究，又可以进一步科学推论月球内部为固态物质，不像地球内部有液态物质。根
据这些观测分析和研究，关于月球磁场来源的模型和学说多达20多种。
特别值得注意的是，由月球磁场的观测研究可以推断月球的内部结构和物态，这在现代天文
学和宇宙学的观测研究上是十分少见的。
磁场与空间气象学
现代人类已进入空间时代，空间环境对人和生物等的影响已受到特别的关注，其中的空间气
候如太阳风等，便同太阳磁场和太阳系磁场有关密切的关系。太阳风是由太阳上的能量高的
带电粒子如电子、质子等从太阳表面喷射到太阳外的太阳系空间甚至更远的空间。由于太阳
风中粒子带有电荷，因此也将太阳磁场带入太阳系空间甚至更远的空间，形成太阳系行星空
间的行星际磁场。因为太阳风含有高能量带电粒子，这对于行星际中的空间飞行器，特别是
对飞行器的人和生物等会造成伤害。因此对剧烈的太阳风的预报和预防是特别需要的。
如何预报剧烈的太阳风？因为太阳风是从太阳发射出来的带太阳磁场的高能量带电粒子，是
太阳的磁活动，如太阳黑子和太阳耀斑等产生的。这就需要预报太阳的剧烈磁活动。太阳黑
子和太阳耀斑是可以从太阳光观测出来的。
在太阳系行星系统中，许多行星的磁场都低于地球的磁场，但是太阳系中最大的行星木
星的表面磁场却约为地球磁场的10倍。这是什么原因？进一步深入研究认识到，木星主要是
由氢构成的，木星表面为氢气，木星内部压力增大，氢气转变为液态氢；再深入木星内部，
压力更增大，液态氢又转变为固态氢；更深入木星内部后固态氢密度更增大，又从绝缘状态
的氢转变为金属状态的氢。
从物理学理论研究可知，金属氢还可能在一定条件下转变为超导体。如果木星内部存在电阻
为零的超导氢，就会存在巨大的电流，并由此产生高的磁场。这样就可以说明木星为什么有
较高的磁场。物理学理论研究还指出，金属氢还可能是一种高温高能燃料。这样就促进了关
于金属氢的探索性研究。目前虽然在地球上还未研究出金属氢来，但是对木星磁场的测量和
研究，以及由此引出的关于金属氢的推测却是引人注意的。
恒星际(空间)磁场是如何知道的？目前主要是应用恒星光的偏振观测和恒星射电(无线电波)
的塞曼效应(即无线电波在磁场中分裂而改变频率)观测及维持银河星系结构的稳定性理论计
算等来测定或估算恒星际磁场。由现代多方面的天文观测知道，由大量的恒星形成星系，例
如太阳便是银河星系中的一个恒星，而银河星系以外的宇宙空间中还有更多更多的星系。星
系与星系之间的空间称为星系际空间，根据多方面的天文观测的间接推算和理论估计，星系
际空间的磁场约为10-13～10-12特［斯拉］(T)，即约为行星际磁场的万分之
一到千分之一(10-3～10-2)。恒星际磁场大约相当于人的心(脏)磁场(约百亿
分之一T)，而星系际磁场大约相当于人的脑(部)磁场(约万亿分之一T)，甚至低于脑(部)磁
场。
从上面宇宙磁现象的介绍可以看出，宇宙磁现象是宇宙空间到处都存在的，而且许多宇宙磁
现象还同科学研究和我们生活有着密切的关系，有着远比我们在地球上接触到的磁场更强和
更弱的磁场。