科学家将被迫更新世界磁场模型

图片来源：京都大学

 

本报讯 世界之巅正在发生一些奇怪的事情。在地核内流动的液态铁的驱动下，这颗行星的磁北极正在从加拿大向西伯利亚漂移。磁极移动得是如此之快，以至于全世界的地磁专家不得不采取一些罕见的行动。 【《自然》相关文章】

1月30日，他们将更新“世界磁场模型”，该模型描述了地球磁场并构成了所有现代导航——从海上船舶导航系统到智能手机上的谷歌地图——的基础。

该模型目前的最新版本于2015年问世，预计将持续到2020年，然而由于磁场变化得如此之快，迫使研究人员现在不得不修复该模型。

“误差一直在增加。”科罗拉多大学博尔德分校和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心地磁学家Arnaud Chulliat说。

导致这一结果的部分原因在于磁极的移动，部分原因在于地球内部深处的其他变化。地核中液体的搅动产生了大部分磁场，长期以来，该磁场随深处液体流的变化而变化。例如，2016年，位于南美洲北部和太平洋东部深处的部分磁场出现暂时加速。包括欧洲空间局的群集任务在内的卫星跟踪了这一转变。

到2018年初，世界磁场模型遇到了麻烦。NOAA和爱丁堡英国地质调查局的研究人员一直负责对该模型捕捉地球磁场所有变化的能力进行年度检查。然而他们意识到，这一模型是如此的不准确，以至于即将超过可接受的导航误差限度。

“我们发现自己正处于一个有趣的境地。”Chulliat表示，“到底发生了什么？”他上个月在华盛顿哥伦比亚特区召开的美国地球物理联合会会议上报告说，答案是两方面的。

首先，2016年发生在南美洲深处的地磁脉冲可能处在一个最糟糕的时间——刚好在世界磁场模型于2015年更新之后。这意味着在最新的更新之后，地球磁场便出现了建模者们意想不到的倾斜。

其次，磁北极的运动使问题变得更加糟糕。自James Clark Ross于1831年在加拿大北极地区首次进行测量以来，以不可预测的方式漂移的磁极一直使探险家和科学家着迷。上世纪90年代中期，磁极移动的速度加快，从每年约15公里增加到每年约55公里。到2001年，它已经进入北冰洋。2007年，包括Chulliat在内的一个研究小组将一架飞机降落在海冰上，试图确定磁北极的位置。

2018年，磁北极越过国际日期变更线进入东半球。目前它正向西伯利亚直线进发。

地球磁场的几何形状在磁场变化迅速的地方（如北极地区）放大了模型的误差。Chulliat说：“事实上，磁极运动的速度很快，这使得该区域更容易发生较大的误差。”

为了修正世界磁场模型，他和同事提供了最近3年的数据，其中包括2016年的地磁脉冲。他说，新的世界磁场模型应该能够保持准确，直到2020年的下一次定期更新。

与此同时，科学家正在研究为什么磁场变化得如此剧烈。地磁脉冲，就像2016年发生的那样，可以追溯到在地核深处产生的“磁流体”波。磁北极的快速运动可能与发生在加拿大地下的高速液态铁射流有关。

英国利兹大学地磁学家Phil Livermore在美国地球物理联合会的会议上说，这些射流似乎正在抹去并减弱位于加拿大地下的磁场强度。这意味着加拿大实质上正在输掉一场与西伯利亚的地磁拉锯战。

“磁北极的位置似乎是由两大片磁场控制的，一片磁场在加拿大下面，一片磁场在西伯利亚下面。”Livermore说，“西伯利亚那片磁场似乎正在赢得比赛。”

这意味着在可预见的未来，世界地磁学家将有很多事情要做。

地球表面上地磁场方向与地面垂直、磁场强度最大的地方，称为地磁极。地磁极有两个（磁北极和磁南极），其位置与地理两极接近，但不重合。（赵熙熙）

《中国科学报》 (2018-01-15 第2版 国际)

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