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地球磁极倒转现象及其应对方案
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太阳风动压对地磁急始现象的影响及其探测方法（1）空气的导磁能力强；铁的“磁阻”大． （2）可以放在铁盒子中． （3）生物体的正常生理活动受到地磁场的影响；且是对生物有益的．
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科目：初中物理
来源：素质教育新学案·物理·九年级·全一册
阅读文章，回答文后的问题：
永　动　机
　　人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源．人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器－－永动机．下图所示的是一个永动机的设计方案：轮子中有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球．方案的设计者认为右边的球与左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大．这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动．但事实上并未实现不停息的转动．仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩小，但是球的个数多．于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在图中所画的位置上．
　　17～18世纪，永动机最为流行，人们曾提出各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水”，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的．18世纪末，不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性．1775年，法国科学院决议不再受理永动机的设计方案．这些事实，使人们逐步悟出一个道理：永动机不可能实现是由于某一普遍定律的限制，而这条定律至今还没发现．因此，它启示人们不再为设计永动机而煞费苦心，转而致力于这一未发规定律的挖掘工作．
　　17～18世纪，经典力学中已蕴涵着机械能的转化和守恒的初步思想．伦福德等人对摩擦生热的研究，否定了热质说，提示了机械能与物体内能变化的关系．1800年发明了电池，不久又发现了电流的热效应、磁效应、化学效应及电磁感应，科学家们进一步展示出了自然界不同现象的相互联系、相互转化的图景．在其他方面，如生物学发现了动物的体温和进行机械活动的能量跟它摄取的食物的化学能有关．这一切，都为能量守恒发现做了必要的准备．19世纪40年代，不同国家的十几位科学家以不同的方式，各自独立地提出了能量守恒定律．人们认识到：能量既不会消灭，也不会凭空产生，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变．能量守恒定律使永动机幻梦被彻底地打破．
　　在制造上面所说的第一类永动机的这一尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反能量守恒定律，而且既经济又方便．例如，这种可直接从海洋或大气中吸取热量使之转化为机械功．由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热可永不停息地运转做功，也是一种永动机．然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响．看来永动机只是人们的美好愿望，永远也不可能实现．
(1)人类梦想制造的永动机有哪几类？为什么都没有实现？
(2)下图是两位发明家自制的永动机模型．你能否和其他同学讨论一下，它们能“永动”吗？
(3)人们为什么热衷于发明与制造永动机？地球磁场出现崩塌现象 地球两极反转将有可能造成严重后果
感谢的投递早前，科学家们在预言地球灭绝的种种可能中，地球两极反转也赫然在列。近日，有关科学家在研究地层深处构造时意外发现，在地球深处，一个活动剧烈的熔岩核产生一个具有让地球抵御毁灭性太阳风能力的磁场。这个保护性区域延伸数千英里，直入太空，其磁性影响从全球通信、动物迁徙到天气模式等各个方面。但这个对地球生命具有重要意义的磁场在过去200年中减弱了15%。科学家称，这可能是地球两极将要翻转的迹象。
专家认为，地球两极目前正处在翻转的阶段，但他们不能确定何时发生。一旦翻转，地球生命将暴露在具有穿孔突破臭氧层能力的太阳风中。这将给人类带来毁灭性影响，会毁掉电网，从根本上改变地球气候，大幅提高患癌率。英国利物浦大学地球、海洋与生态学教授理查德-霍姆表示：“这是一件非常严肃的事。你设想一下，要是你的电力供应瘫痪几个月，会造成什么样的后果。如果这段时间没有电，许多人就会无法正常工作。”地球气候会彻底改变。事实上，丹麦科学家最近开展的一项研究表明，全球变暖直接和磁场而不是二氧化碳排放有关。研究人员指出，由于进入大气层的宇宙射线减少，地球正经历一个低云覆盖的自然周期。地面辐射也会增加。专家估计，暴露在宇宙射线中的整体曝光率将翻一倍，这会明显增加癌症死亡率。研究人员预测，地球两极发生翻转期间，每年将有10万人死于宇宙辐射水平的提高。英国伦敦大学学院马拉德空间科学实验室的科林-福西斯博士说：“辐射将比人造臭氧洞产生的多3到5倍。与此同时，这些臭氧洞还会变得比以前更大更长命。”磁层是地球周围一个很大的区域，由地球磁场产生。它的存在意味着太阳风的带电粒子无法穿越磁力线，在地球附近偏离飞行轨道。各国空间机构现在正认真考虑这个威胁。2013年11月，作为“蜂群”任务的一部分，3艘航天器发射升空。该任务的目标是弄清楚地球磁场正在发生什么样的变化。科学家希望通过这个任务绘制出更好的地球磁场地图，帮助他们更好了解太空天气对卫星通讯和全球定位系统的影响。福西斯表示：“我们对地球内部有个基本了解，但我们不知道的依然有很多。我们没有完全了解地球磁场是怎样产生的、它发生变化的原因以及发生这些变化的时间表等。”蜂群任务将提供当前的地球磁场地图。但科学家已用一个惊人来源——古老陶器发现地球磁场削弱的历史证据。这些研究人员发现，这些古老容器可能扮演着磁场时间囊的角色。这是因为它们含有磁铁矿。古老陶器制成时，磁铁矿物质就会像罗盘针一样对准地球磁场。通过检查史前和现代的陶器，科学家发现地球磁场已在过去几个世纪内发生显著变化。他们发现，地球磁场正处在一个不稳定的持久状态中。磁场向北漂移，地球两极每隔几十万年发生翻转，所以指南针会指向南而不是北方。如果地球磁场继续变弱，再过几十亿年，地球就会死亡，变得像火星一样。科学家说，火星曾是一个海洋世界，海水干涸后，生命无法生存。但科学家称，从地心角度来看，地球磁场变弱的速度太快，不会简单地自行消亡。古老陶器的证据表明，地球两极可能将要经历另一个翻转。英国地质调查局说，地球两极的磁场每隔几百万年发生平均四五次逆转，地球目前正处在逾期一个相似事件的阶段。福西斯表示：“我们现在不能准确判断地球磁场是不是将要发生翻转。我们只能记录下170万年左右的地球磁场情况。在这个时间的1%到15%内，都有可能发生一次翻转。”一旦发生翻转，就会使地球磁屏在几千年内持续变弱，削弱地球防御力，使宇宙射线穿破大气层。英国兰卡斯特大学太空科学家吉姆-维尔德表示：“地球拥有一个双层防护罩。太空充满对生物组织造成严重伤害的物质。如果地球没有大气层，这些有害物质就会击中我们。地球磁场保护大气层免遭太阳风的伤害。”福西斯说：“一些推测性研究显示，地球磁场变弱时，我们就会看到大气对流层的云层覆盖度增加以及两极臭氧洞变大。这在北半球会特别明显。臭氧洞区域内的臭氧可能最多失去40%，这远大于现在失去的臭氧量。”事实上，证据显示一个地区已开始发生翻转。霍姆表示：“南大西洋异常区变得越来越大，已经成为一个不容忽视的问题。在该地区上空飞行的卫星比在其他地方遇到的问题更多。天体物理学卫星飞行到这个位置时被迫关闭。但根据我的观点，这不是个好现象，因为你将无法研究巴西雨林。”美国宇航局磁层科学家莫娜-凯塞尔博士表示：“非常强的带电粒子可能对卫星和宇航员造成不利影响。”但科学家指出，虽然磁性翻转会对人类带来一些问题，却不会成为一个毁灭性事件。霍姆说：“地球以前经历过许多逆转，但没有证据显示它们和任何大规模灭绝等灾难性事件有关。”不是所有弱磁场的影响都有害。太阳风冲击地球大气层时，每晚都会看到更加壮观的极光景象。但科学家还需进行大量研究，才能了解地球深处的特性。地心是一个敌对世界，它里面类似于太阳表面的压碎力和温度使人类的科学认识和能力受到很大限制。维尔德表示：“这不是一个危言耸听的理论。我们已经掌握证据，但还需进行更多研究才能了解地球两极翻转带来的影响。我确信我们完全有能力找到一个解决方案。”
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为什么太阳的磁极会反转？这个现象大约每11年会发生一次，对太阳活动周期而言，磁极翻转是一个自然现象。
为什么太阳存在磁场？磁场对太阳活动有何影响？整个说来，太阳和地球相似，也有一个普遍磁场。不过由于局部活动区磁场的干扰，太阳普遍磁场只是在两极区域比较显著，而不象地球磁场那样完整。太阳极区的磁场强度只有1～2高斯。太阳普遍磁场的强度经常变化，甚至极性会突然转换。这种情况在年和年曾两次观测到。太阳的绝大部分物质是高温等离子体，太阳的物态、运动和演变都与磁场密切相关。太阳黑子、耀斑、日珥等活动现象，更是直接受磁场支配。因此，太阳磁场的研究具有重要意义。
太阳磁场每隔11年发生周期性反转的原因是什么？太阳的南北磁极大约每隔11年逆转一次,磁北极会变成磁南极,而磁南极则变成磁北极,磁场逆转发生在每次太阳活动的高峰期。美国航天局将太阳磁场逆转形容为一次“大事件”,因为太阳磁场变化影响的范围延伸上百亿公里乃至超出冥王星以外,甚至可能影响太阳系边缘。科学家表示，太阳磁场变化可能对地球周围的空间天气有一些影响,干扰地球上的高频无线电与卫星通信,但地球表面的天气受影响不大,因此地球人无须担心。太阳磁场理论的一个重要课题是太阳活动周的形成机制。现得到公认的是较差自转理论。它认为太阳的较差自转（太阳自转）使光球下面的水平磁力线管缠绕起来，到一定时候，上浮到日面，形成双极黑子。由于大量的双极黑子磁场的膨胀和扩散，原来的普遍磁场被中和掉了，接着就会出现极性相反的普遍磁场。这样就可以解释太阳的22年磁周期（11年反转一次）。
太阳磁极即将颠倒！北极已出现翻转迹象几个月前，美国宇航局太阳动力学天文台等探测器数据显示，太阳目前的活动都暗示磁极将要翻转。太阳磁极翻转发生时，太阳磁北极就会变成南极，同理磁场南极则变为磁北极，太阳磁极的变化并不会对地球造成太大的直接影响，但是以往对太阳磁极的调查项目中，科学家发现日冕物质抛射在磁极翻转过程中起到重要作用。美国宇航局的官员表示，由于磁极翻转的作用，强大的辐射流可从太阳赤道附近形成并释放数十亿公里远，如同空间波浪般穿过太阳系内侧轨道的行星，可在一定程度上对地球以及周围空间天气构成一些影响。斯坦福大学的太阳物理学家菲尔?罗谢勒认为太阳极区磁场会减弱，翻转后会再次增强，这是一个正常太阳活动周期的一部分。虽然磁极翻转会引发一些空间天气变化，但是却为地球提供了一个屏蔽太阳系外危险宇宙射线的窗口，比如一些近距离的超新星爆发可形成致密宇宙射线，对卫星和宇航员造成伤害。
结语太阳的南北磁极大约每隔11年逆转一次，磁北极会变成磁南极,而磁南极则变成磁北极，磁场逆转发生在每次太阳活动的高峰期。太阳磁场变化可能对地球周围的空间天气有一些影响，干扰地球上的高频无线电与卫星通信，但地球表面的天气受影响不大，因此地球人无须担心。
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