地磁北極移動變快強度變弱:南北磁極要互換位置?
2020-11-22 前瞻網地磁北極移動變快強度變弱：南北磁極要互換位置？
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地磁北極很不正常，科學家不得不更新他們四年前才發布的全球磁場模型。這是南北磁極即將翻轉的信號嗎?
世界磁場模型(World Magnetic Model，WMM)——更新後的表示地球磁場的最新名稱——預計將在1月30日後發布。《自然》雜誌的一篇報導稱，由於政府停擺，30號已經比原計劃推遲了大約兩周。
磁極正不規律地從加拿大向西伯利亞移動，這種不可預測的移動著實讓科學家吃了一驚。科羅拉多大學博爾得分校和美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)國家環境信息中心的地磁學家阿諾德·朱裡亞特(Arnaud Chulliat)告訴《自然》雜誌，2015年才更新的全球磁場模型本來可以使用到2020年，但是現在已經過時了。
參與更新世界磁場模型的英國地質調查局的地球物理學家夏蘭·貝根(Ciaran Beggan)表示，磁極移動早已不是什麼新聞。英國和法國自1580年以來的長期記錄表明，幾百年或者更久的時間以來，地磁北極一直繞北極不規律地移動。他還引用了1981年發表在《皇家學會哲學學報》上的一項研究來說明這一觀點。
但真正引人注意的是這一移動越來越快。大約在二十世紀九十年代中期，北磁極的移動速度突然加快，從每年9英裡(15公裡)增加到每年34英裡(55公裡)。去年，北磁極越過國際日期變更線向東半球傾斜。
移動加快的主要原因是在於主要由鐵構成的液態地球外核，也被稱為「核心磁場」(core field)。當然還有一些較小的因素也會影響其移動。根據世界磁場模型2015年的報告，這些影響因素包括地殼和上地幔中的磁性礦物質以及海水通過「環境磁場」產生的電流。
貝根說:「我們能夠更新磁場地圖的原因之一是歐洲航天局(ESP)在2013年發射了一套高準確度的磁場衛星Swarm(Swarm是歐洲航天局2013年發射的兩顆衛星的總稱，用於研究地球上的磁信號)。」
「我們有一套很棒的數據集，可以從根據它們製作相當好的磁場地圖，每6到12個月更新一次，」貝根補充道，「但我們注意到由於誤差平均超過1度，現實數據達不到世界磁場模型在磁極的高緯度地區的參數，所以我們不得不考慮這次發布的更新是否值得。」
此外，核心磁場似乎在減弱——這可能也是地球磁場即將翻轉的一個信號。華盛頓大學地球與空間科學榮譽退休教授羅納德·梅裡爾(Ronald Merrill)接受採訪簡單講述了核心磁場的工作原理以便更好地理解為什麼會減弱。
這次沒有參與新的世界磁場模型研究的梅裡爾表示，想像磁場時，一個簡單的方法是想像一個有北極和南極的條形磁體穿過地球中心。這種磁體強度很大，大約相當於地球表面磁場強度的75%。
當然，條形磁體並不能完美地代表磁場。實際上是電流產生了地球磁場。但是這個條形磁體模型可以讓我們更容易想像地球正在發生什麼，梅裡爾補充說。具體來說，「條形磁體」不僅在移動，而且在變弱，大約每100年減弱7%。
至於另外25%的磁場，梅裡爾說那是由另一個磁體產生的，你可以把它想像成另一個移動的條形磁體。有趣的是：當在地球中心條狀磁體的強度減弱時，這個較弱的磁體會對地球的磁力產生更大的影響。梅裡爾說道:「這就是導致磁極向(西伯利亞)方向移動的原因。」
地球的南北兩磁極會周期性地交換位置，但最後一次翻轉發生在大約78萬年前(貝根補充說，大約4.1萬年前，磁極也曾短暫而迅速地變弱，但從未經歷過一次完整的翻轉。)《美國國家科學院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences) 2018年發表的一項研究表明，在變換位置之前，地球磁場會變弱。
雖然發生磁場翻轉仍然需要數千年的時間，但是其影響可能對技術產生深遠影響。這是因為較弱的磁場在保護地球免受太陽風(來自太陽的持續不斷的帶電粒子流)和宇宙射線(來自深空的輻射衝擊波)的影響方面會稍差一些。GFZ(德國波茨坦地學研究中心)地磁演化工作組負責人莫妮卡·科特(Monika Korte)表示，受其影響，磁羅盤準確度也會降低，監測天氣或傳送電信信號的衛星可能會受到幹擾。
科特在一封電子郵件中寫道:「輻射增加，將會減弱屏障的作用，但是大氣層似乎仍將為地球表面提供足夠的屏障作用以保障人類和動物不會受到顯著影響。」
「然而，對我們的影響還有：現在只能由強烈的太陽風暴或者地磁風暴帶來的影響，以後可能會更頻繁地發生，而且會在溫和的太陽活動期間發生，這些影響包括衛星運行中斷或者受損、長途飛機和國際空間站所要承受的輻射增加，以及電信和GPS信號失真等。」
科特說，世界磁場模型發布後，對地球地磁場(包括磁極)的持續監測將主要通過歐洲航天局的Swarm任務繼續進行。但她指出，由於磁極位於偏遠地區，而且地球磁場的測量受到所有磁場源的影響(包括在地球大氣層中發現的電離層和磁層等磁場)，因此測量地磁北極的位置是一項挑戰。
她補充說:「這也將取決於未來的磁場變化，如果可能需要對模型進行另一次非常規更新的話，這種變化我們將無法預測。」
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