偶极场

在条形磁铁图中显示的磁力线不是真实的实体，尽管他们经常被这样对待。磁场是一个连续函数，存在于空间中的每一点。一个场线只是一种可视化这个场的方向的方法。它被定义为三维曲线，处处与局部磁场相切。由条形条创建的场线的模式磁铁被称为偶极场，因为它的形状与电场由两个符号相反的(二)微分离的电荷(极点)产生。的偶极子领域的地球当然，不是由中心的条形磁铁产生的。正如后面将要讨论的那样，它是由地球液体内核内的电流产生的。为了产生目前的场，等价的当前的一定是向西的赤道环，就像磁棒上显示的那样数字．在国际单位制中，地球的偶极矩μ为8.22 × 10²²一个米²(安培乘以平方米)。因为μ =我一个(电流乘以面积)，一个液体核心大小的循环(R_c= 3.48 × 10⁶M)需要2.16 × 10的等效电流⁹一个。

偶极子的磁场沿极方向垂直轴沿着赤道是水平的，从条形磁铁图可以看出。这些性质导致赤道和极在地球更复杂的场的定义。因此，地磁赤道被定义为绕地球表面的线，其中实际磁场是水平的。类似地，磁倾极是磁场垂直的两个点。如果观测延伸到表面以上或以下，赤道的位置是一个表面(对于偶极子来说是平面的)，两极沿曲线分布。

在纯偶极场的给定距离上，极场总是赤道场的两倍。这对地球磁场来说大致是正确的。在地图上显示轮廓根据1980年在地理上绘制的模型，恒定的总场强墨卡托投影，最大的磁场发生在南北半球离地球不远的两个点地磁波兰人．最弱的磁场出现在磁赤道沿线，在大西洋沿岸观测到的磁场值最低南美．

关于地球磁场的几个事实从全磁场图中可以明显看出。首先，近似于它的偶极子并不完全与旋转轴对齐。偶极子的极点大致位于北方加拿大在海岸南极洲而不是地理上的两极。这意味着偶极子是倾斜远离旋转轴在一个地理子午线穿过东部美国．最佳中心偶极子的确切倾斜距离地理位置为11°北极向北美在格林威治西经71°。总场强图还表明，磁场并不完全以地球为中心，因为，如果是的话，沿地球的磁场强度应该几乎是恒定的赤道．

球面上矢量场的数学描述是相当复杂的。在地球场的研究中，它通常是通过多极膨胀来完成的。磁场被认为是由位于地球中心的一系列极点的磁场叠加而成的。这个膨胀的第一个极是磁单极，只对应于磁体的一个极。因为没有磁单极子曾经被观察到，这个术语是不使用的。下一项是偶极子，然后是四极子，等等。当以这种方式描述地球磁场时，发现偶极项占磁场的90%以上。如果从观测到的场中减去中心偶极子的贡献，剩余部分称为非偶极场，或区域地磁异常．

目前关于磁场各组成部分的区域异常图显示，在南大西洋和蒙古有一个很大的极大值。这种异常现象可以用适当的方法抵消最佳拟合偶极子来部分解释。异常比如这种影响指南针极地地区的读数和影响被困在外场的粒子。它们还负责偶极极和地磁极位置之间的分离。

100多年来，人们对地球磁场进行了越来越精确的测量。最近，这些测试大约以10年为一个周期进行。对于每一次测量，都有可能定义场的偶极子和非偶极子分量。已发现两者都随时间系统地变化。这些变化的性质及其可能的解释将在下文中讨论稳定磁场的变化来源．

在地球场的多极描述中，高阶极的影响比低阶极的影响随距离的减小更快。例如，磁单极子的场随着逆距离的平方，偶极子作为逆立方，等等。由于这个性质，可以预期地球磁场的外部部分几乎完全是偶极的。然而，最近的航天器观测表明，事实并非如此。在只有几个地球半径的高度上，磁场从根本上偏离了偶极子的磁场。

地表观测并不表明地球磁场在靠近地球的地方会发生明显的扭曲。多极展开技术可以将观测到的表面场分为地球内部和外部的起源部分。当地表观测数年的平均值时，只有不到1%的地表场是由外部来源产生的。因此，外部扭曲的存在令人惊讶。

外磁场

实际的配置宇宙飞船最近测定的地球外磁场的投影图显示，在接近春分时，磁力线投射到正午-午夜子午线数字．此时地球的旋转轴垂直于地日线。偶极轴将根据一天中的时间再倾斜正负11°。在地球的昼面，行星磁场在大约10r的距离处终止_e(R_e地球的赤道半径约为6378公里)。存在于这一点的边界称为磁层(磁场断裂)。在这个边界之外，磁场和粒子是存在的，但它们属于太阳的大气而不是地球。在夜晚的一侧，磁场被拉出形成一个长尾，由一个14-R分开的两个叶瓣组成_e一层厚厚的粒子，叫做等离子体片．等离子体薄片的内部边界约为11r_e在地球后面。如图所示，它还具有上下边界。的投影这些边界上的北部和南部部分的大气在大约67°磁纬度对应的两个区域称为夜侧极光椭圆形。的北极光而且南极光(北极光和南极光)出现在这些场线的英尺所定义的区域内，是由高能带电粒子轰击大气引起的。在昼面，来自高纬度地区的磁力线分裂，一些穿过赤道，另一些穿过赤道极地冰冠．字段线分开的区域被称为极尖点。极尖在磁纬72°左右的大气上的投影产生了日侧极光椭圆形。在冬天的黑暗时刻，在这些地区可以看到极光，但它们比在夜间要弱得多，因为产生极光的粒子能量要少得多。磁尾的两个裂片在大气上的投影就是极帽。

在地球磁场的中间，还有几个重要的边界和区域，是磁场观测无法探测到的。接近地球(1-2 R_e)是内范艾伦辐射带它由宇宙射线产生的高能粒子组成。以大约4-5 R为中心_e是外部的范艾伦带，由来自太阳和大气的带电粒子形成。同样在这个距离上是等离子体层顶．这是地球等离子体(一种相对较冷的气体，由相等数量的电子和正离子组成)中的边界，因此，实际上构成行星电场的边界。