地球磁場の原理を直感的に

地球磁場は、地球中心の導電液体に流れる電流により発生するのだそうです。その電流は、導電液体が地球磁場中で自転運動するから生じるようです。地場と電流は鶏と卵のようで、どちらが先ですか？仮に無重力空間に水銀を浮かべ（自重で球状）自転回転させれば電流や地場が生じる？（想像できないけど）　大学物理程度の知識を前提に直感的な説明をいただきたい。

No.11 回答者： tknakamuri 回答日時： 2021/04/08 08:17

>電波の発見実験以前に、電磁気の数式から

>シミュレーション・予測した電磁波現象を
>「それは直観的には理解できない」と言うようなものでしょうか。

いや、マックスウェルの方程式から波動方程式を導くのは
とても簡単なので、数式が確立してしまえば
予測は誰でもできたでしょう。

でも流体力学のNS方程式から計算出来る飛行機の揚力を
直感的に説明できた人はいません。

No.10 回答者： tknakamuri 回答日時： 2021/04/06 10:21

理論的には確立しているみたいですけど(磁気流体力学MHD)、

直観的な説明はないみたいですね。

入門書にも直観は全く役に立たず、数式で扱うしか
ないと書いてあります。

数式見たけど流体力学と電磁気学の組み合わせで
さっぱりわからなかったです。
＃流体力学知らんし(^^;

熱で対流運動し、かつ「コリオリの力でひねり運動している」
磁性流体の中に、種になる電流(と磁場)が入り込むと
電流が磁性流体の運動からエネルギーをもらって
指数関数的に増大する。

というのがダイナモ理論の肝みたいですね。
コリオリの力がないと電流の増大と維持は起きないそうです。
太陽磁場も同じ原理だとか
単純に流体が回転するイメージとはかなりかけ離れた
現象のようです。

最近はスーパーコンピュータでの
シミュレーションでだいぶその実態が分かってきた
みたいです。

この回答へのお礼

電磁気の数式は　実験観察　≒　直観・直感を基礎とし、流体や力学の数式も似たようなものでしょう（知らんけど）。それなのに、それらを組み合わせて構成した地球ダイナモ現象（仮説）が直観的に理解できないのが大層じれったいのです。　電波の発見実験以前に、電磁気の数式からシミュレーション・予測した電磁波現象を「それは直観的には理解できない」と言うようなものでしょうか。現象が広く流布し常識化すれば「直観的に理解できる」と言うのでしょうか（電波のように）。２０年３０年後にそうなるかも。

お礼日時：2021/04/07 23:09

No.9 回答者： 特に希望なし 回答日時： 2021/04/05 07:41

No.8です。

>ご教示のページの円盤ダイナモは、電流が発生して磁界（模擬地磁気）が生じるのはほぼ確実です。
"はじめに微弱な初期電流 I を仮定する。"に関して「その微小電流はなぜ流れたのか？」に疑問を持ってしまいます。

但し、これは地球ダイナモ理論を「ぱっ」と見て感じただけの感想です。
私は地球ダイナモ理論を徹底的に詳しく調べた訳ではないです。
どこかで私が間違っている可能性がありますので、この辺で止めておきます。

この回答へのお礼

昔、実印登録には保証人の実印が必要と聞いて笑った事を思い出しました。他にもハウリングや発振回路とか。何はともあれ再三のお付き合い有難うございました。

お礼日時：2021/04/07 23:07

No.8 回答者： 特に希望なし 回答日時： 2021/04/04 21:51

No.5です。

教科書に載っていても、「信じてい良い理論（例えば、量子力学、相対論、素粒子の標準理論）」と「そうでない理論」の２種類があります。
地球ダイナモ理論は、多分、後者の理論であり、まだまだ研究発展途上の気がします。

仰る通り、液体金属（＝水銀）を自転させても電流が磁場が生じるとは思えないのです。（シミュレーションとかで乱流とかを入れても、そんな小手先の修正では変わらないと思います。）
「地球ダイナモ理論」は根本的な考え方を変える必要がある気がします。

この回答へのお礼

ご教示のページの円盤ダイナモは、電流が発生して磁界（模擬地磁気）が生じるのはほぼ確実です。すると、それを立体化した地球ダイナモもあり得るかも、と思います（ダメかも、とも思いますが）。現に液体金属の実験が世界の複数機関で試されているそうで、ある程度の期待で研究を見守っても良いのでは？　当面は未成功でも。

お礼日時：2021/04/04 22:13

No.7 回答者： puyo3155 回答日時： 2021/04/04 16:24

＞「何が電流を起こしているか？」

解明されていないことを、質問しても答えはないですね。

それに、水銀を回転させても電流にはならないので、質問の意図はよくわかりませんが、いまわかってる程度のことは、ネットのどこでも出ているので、まず基本を理解してから、具体的な質問をされるのがよいかと。

間違った理論や、根拠のない参照を持ち出して、それを説明しろ・・・って、できるわけないです。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E7%A3%81 …

この回答へのお礼

ネットは広大で調べきれなくて、ここで聞いてみたら円盤ダイナモとの結び付きを教えてもらいました（質問の甲斐があった）。　円盤ダイナモが磁気を発生するなら、地球ダイナモ理論だって、あながち「間違った理論」とは思えないのです。思うか思わないかは各々次第ですが。

お礼日時：2021/04/04 22:38

No.6 回答者： 素人2号 回答日時： 2021/04/04 16:13

意図に共感します。

月がいつも同じ面を見せている理由を、起き上がり達磨を用いて子供向けに説明した動画がありましたが、例が適切でない等の非難がありました。

私はこの時、この現象を簡単に説明できないだろうかと考えました。
やはり無理でしたが、それまで知らなかった潮汐力を知る切っ掛けになり、
潮汐力を知っている前提の上では、説明は簡単だと思いました。

仰る、数学の補助線。囲碁や将棋の定石。
その様な概念が新たに現れる事を、私も期待します。

この回答へのお礼

共感いただき、誠に嬉しく、有難うございます。　現象（月）の理由を説明するのに、先ず、理解に必要な道具（潮汐力の概念）を説明してから現象（月の向き）を説明すれば「なーるほど」と納得してもらえるのですね。　私の場合は地球内部の電流現象の原因・理由が知りたいと質問したのですが、お説を拝見して、むしろ現象を理解するのに有用な道具が欲しかったのではないかな、と自己分析してしまいました。同じこと？失礼しました。

お礼日時：2021/04/04 21:49

No.5 回答者： 特に希望なし 回答日時： 2021/04/04 11:52

>仮に無重力空間に水銀を浮かべ（自重で球状）自転回転させれば電流や地場が生じる？（想像できないけど）

同感です。私にも想像できないです。

https://www.chart.co.jp/subject/rika/scnet/28/Sc …

この回答へのお礼

ご教示のページを見ました（感謝）。円盤ダイナモは「動作するのだろうな」と９割ほど納得しました。が、その先で円盤が球に、銅線が導電液体になると想像力が追いつきません。さらに乱流まで絡んで！　ネットで辿ると、私が思った水銀ではなく液体ナトリウム等を使った実験が複数あるのですね。結果、地磁気相当の磁場は生成しなかったようで。これでは原理を明快に説明など原理的に無理？　何か新概念が登場し、図形問題の１本の補助線のように働いて、明快な説明が実現しないかしらん

お礼日時：2021/04/04 15:39

No.4 回答者： puyo3155 回答日時： 2021/04/03 20:50

地球の磁場の原因が何であろうと、電磁気現象は、厳密にマクスウェルの方程式に従います。

式を使わず書けば、

・磁場が変化すると、電場が生じる。
・電場の変化または、電流によって、磁場が生じる。
・電場は、電荷によって発生する。
・磁束は保存される。磁力線に終わりも始まりもない。

なので、電流がもとで、磁場は結果です。何が電流を起こしているか？の論議であって、卵と鶏の話ではありません。

この回答へのお礼

ご回答に感謝。
そうです。「何が電流を起こしているか？」なのです。で、地球磁場の中で導電体が運動してるから電流が生じる・・これは大学どころか中学理科で習った？右手の法則？でしょうね。これを省略して、質問文で鶏と卵に例えたのは拙速だったようです。磁場を地場との誤記と合わせてお詫びします。

お礼日時：2021/04/03 23:55

No.3 回答者： abikon990-08321-3-29 回答日時： 2021/04/03 15:50

地球の磁場は帯電核の自転により生じます。

詳しくはこちら
https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1
またはこちら
https://note.com/abikonobuhiro666/n/n342a9db627e6

この回答へのお礼

ご回答に感謝。
しかし、大学（教養課程）レベルの私の物理知識では無理です。

お礼日時：2021/04/03 23:57

No.2 回答者： chiha2525 回答日時： 2021/04/03 09:08

自転運動から生まれるとする理論は少し古くて、地磁気逆転が知られるようになると回転運動が一定の自転だけでは説明が付かなくなってしまっています。

ただ、もちろん自転が全く関係ないということもないでしょうが。

なので、実は地磁気がどのように生じているのかは、まだよく分かっていないのです。

これは私の勝手な想像ですが、地球内部に複数の渦があり、それぞれが小さな磁石のような役割をして、その総合的なものが地球磁場として地表に出てきているのではないでしょうか。

ちなみに、内部活動がすでに止まっていると考えられる火星では、地磁気は非常に小さいようです。

この回答へのお礼

ご回答に感謝。
地磁気の原因にさまざまな説があるようで、その中の「地球ダイナモ説」に興味を持ったのです。その中で電流と磁界が（自転を介して）相互に原因と結果になる所が疑わしくもあり興味深くもあり、誰か明快に説明してくれないかな、と思ったのです。

お礼日時：2021/04/03 23:54