科學家發現現在地球的磁場似乎處於不斷變弱的情況,歐洲航天局的數據也表明在過去的200年裡,地球的磁場已經降低了9%,尤其是非洲與南美洲之間的南大西洋的強度弱得更加明顯,達到了歷史新低。
磁場是什麼?
磁場是由電流產生的,可能是導線中流動的電流,也可能是原子的軌道中電子移動的電流。它是一種看不見的,會對有磁性的物質產生磁力的場,有兩極,可以分為南北兩個磁極。我們常見的磁場來源有導線中的電流、電線圈、螺線管、磁鐵、以及我們賴以生存的星球。
地球磁場
可以把地球的磁場類比成一個條形磁鐵,這個磁鐵的方向由地球的自轉軸傾斜了11度,與中心偏離550公裡,磁鐵兩極的磁力最強,兩級中點的強度則是兩級的一半。通常會採用磁力線將它進行可視化,從一極出發形成弧形進入另一極。
那麼它究竟是如何產生的呢?現在普遍認為,地球內核的熔融金屬芯中產生的循環電流可能是磁場的起源,在地球表面測得的磁力強度大概在0.3~0.6高斯之間。
然而,並不是含有鐵芯就能夠產生磁場,金星與地球的內核的鐵芯成分相似,但卻沒有檢測到它的存在,又是怎麼一回事呢?
地球磁場的出現很可能取決於液態金屬鐵的旋轉,旋轉導體就像一個發電機一樣,於是產生了磁場。金屬液態的對流驅動著流體向外核流動,循環方向與地球旋轉方向相對。也就是說若是通過摩擦等方式產生電荷,那麼產生的電流環路就得以維持地球的磁場了。但它的運動方向並不是一成不變的,在過去的7100萬年間,已經發現了171次磁極反轉的情況。
此外,地球內部的磁極也不斷地發生著變化,比如南部的磁極就不斷移動著,科學家需要持續地對它進行追蹤。
北極光
地球磁場看似是隱形的,無法用肉眼觀察到,但事實上,我們熟知的北極光的產生就和磁場有著巨大的聯繫。若是沒有它,我們是見不到北極光的。
當太陽風中的帶電粒子與地球磁場產生作用時,各種粒子產生碰撞,形成了電磁風暴,也就是我們常說的極光。
地球磁場的作用?
從北極光的現象出發,我們知道它最重要的功能就是屏障的作用。首先,防止外物入侵,屏障擋住了大多數的太陽粒子和宇宙射線,比如高水平紫外線的直射。其次,它保護了星球的大氣免於被太陽風吹走。此外,它還是我們制定導航系統的基礎,為我們的衛星提供了電網支持。
如何測量它?
由於它具有不規則性和不斷變化的性質,所以需要不斷地進行測量,才能準確地了解它的時空變化情況。基於以往的觀察,開發了兩個磁場參考模型,分別為國際地磁參考場(IGRF)和世界磁模型(WMM)。目前已經開發了特定模型的計算器可以對特定位置和特定時間的磁場來進行計算,IGRF計算器每5年就會更新一次高斯係數。
失去磁場的地球會成什麼樣?
如果我們在突然間失去磁場,不一定代表著末日就來了。但是大量帶電的太陽離子將會襲擊我們的星球,我們的電網和衛星將整體癱瘓,人類也會直接暴露在高水平的紫外線輻射當中。
但我們需要明確的是,它可能會逐漸變弱,但是並不會在一瞬間突然消失,因為它源於星球內核的動力,等待它的消失可能要幾十億年。
它對大氣的影響和對生命的影響仍未可知,仍需更深入的研究。目前仍沒有研究表明磁場的減弱或喪失會對生命造成威脅。雖然火星是內部失去動力,導致火星的大氣被吹散,和星球的溫度降低,但是我們的另一個好朋友---金星,即使沒有磁場也擁有著大氣。
小結:
磁場是由電流產生的,看不見的,會對有磁性的物質產生磁力的場,我們的生存的星球就是一個天然大磁場。此外,地球磁場的兩極可能會產生翻轉的現象,磁極位置也不斷地發生變化,所以這要求我們對它進行持續的觀測,它的存在對我們來說有重要的意義。在專家的研究下, 我們現在有兩個國際通用的地磁計算器,分別為國際地磁參考場(IGRF)和世界磁模型(WMM)。
近年來,科學家發現地球的磁場處於一個不斷衰弱的狀態,原因和後果仍需要更深入的探究,但是它的消失必然會癱瘓已有的電網和衛星,僅僅是強力衰弱也可能影響衛星信號的接收。