지구 자기장

지구 표면에서 지구 자기장은 주로 쌍극자의 성질(남극과 북극의 2개의 극을 가짐)을 보인다. 지표에서 멀어지면 쌍극자의 성질이 변화되어 나타난다. 1830년대에 독일의 수학자이자 천문학자인 가우스는 지구의 자기장에 대한 연구를 하여 주요 쌍극자 성분의 근원이 지구 외부가 아닌 지구 내부에 기인한다고 결론을 내렸다. 그가 쌍극자 성분이 지구 반지름의 제곱에 반비례하는 것을 보이자, 다른 과학자들은 지구 자기장을 발생시키는 지구 내부의 원인에 대해서 연구하게 되었다. 이러한 이론들로는 지구가 거대한 막대자석이라는 강자성이론, 여러 가지의 회전이론, 다양한 다이나모 이론 (발전기이론) 등이 있다. 강자성이론과 회전이론은 일반적으로 인정되고 있지 않는데 그 이유는, 강자성이론의 경우 지구 내부 20㎞ 정도의 온도가 퀴리 온도(강자성이 사라지는 온도)에 도달하기 때문이고, 회전이론의 경우 운동하는 물질과 자기장은 근본적으로 관련이 없기 때문이다. 대부분의 지구자기학자는 여러 가지의 다이나모 이론에 관심을 가지고 지구핵에 있는 어떤 에너지원에 의해 자기장이 지속된다고 생각하고 있다. 다이너모 이론에 따르면 지구 핵의 유체 운동에 의해서 전도성 물질이 자기장을 가로질러서 운동하게 되어 전류가 생성 된다. 지구자기 발전기가 발생하는 자기장이 없이는 다른 발생원이 존재할 수 없기 때문에 이 발전기는 중요한 발생원이다.

지구 자기장의 다른 발생원으로는 지각의 자화(지각을 구성하는 고체물질이 지구 자기에 의해 자화되는 것), 이온층 발전기(태양에 의한 이온층의 가열 때문에 자기력선을 가로질러 운동하는 하전 입자), 고리 전류(지표에서 높은 위치에서 하전 입자의 이동에 의해서 발생하는 전류), 자기권계면 전류(지구의 자기장과 태양풍의 경계면을 형성하는 하전입자의 흐름), 꼬리전류(tail current：자기권계면 전류와 유사한 전류), 자기장 방향의 전류(자력선의 회전에 의해서 생기는), 오로라 일렉트로제트(auroral electrojet：북극·남극의 오로라에서 흐르는 넓은 전류층) 등이 있다.