- 地球的磁场
几乎每个人都听说过北极光。现在，人们会在冬天预订去冰岛和挪威的机票，以便能够看到它们。还有一些鲜为人知的南极光。这两种现象被称为北极光和南极光。但是你有没有想过它们是如何被创造出来的呢？
地球有一个磁场——这是因为我们内部活跃的行星有一个发电机在它的表面下旋转。为了理解这个磁场，我们必须从地球是由什么构成开始。它的最内层是坚固的铁核(它的外边缘在地表以下约5150公里处)。
- 地球结构
然后是外核——这是一个由铁和镍构成的流体层，位于固体内核之上，位于地球表面以下2890公里处。外核的顶部是地幔，由富含铁和镁的硅酸盐岩石组成。它主要是固体，但在地质时期表现为黏性流体。我们有固体内核，液体外核，地幔和地壳。地球自转产生的地幔对流使得最后一层地壳的构造板块移动并相互碰撞，这就是地震和火山爆发的原因。
另一方面，磁场是由流体外核的对流运动产生的，磁场像意大利面条一样向外延伸。它的范围被称为磁层，达到数万公里的太空。就像我们有地理上的南北极一样，磁场给了我们磁极，虽然它们通常位于地理极点附近，但它们是不一样的。它们的夹角大约是11度。
- 地球磁场的示意图，爱丁堡大学/美国宇航局
让我们来看看地球上不同的两极。我们有地理极点，由人类制造的所有纵向线交汇的地方来定义，这些点也是地球自转的轴线与地表相交的地方。然后是地球磁场产生的磁极。磁北极是地球磁场垂直向下的位置。如果在磁北极使用指南针，它将指向地球的中心向下。这是相反的磁南极。
地球的磁场对我们非常有用；它保护我们免受太阳风的伤害，太阳风会将太阳辐射和太阳粒子吹向我们。该磁场还有助于导航，甚至可能在生命进化中发挥了至关重要的作用。
现在，让我们来谈谈极光——或者说北极光和南极光——是如何形成的。当太阳风到达地球时，它们会撞击磁场，太阳风和磁层中的带电粒子都会受到干扰。这导致粒子被电离，发出不同颜色的光。红色和绿色是氧，蓝色是氮，黄色和粉色是它们的混合。当然也有红外线和紫外线极光，但我们无法用肉眼看到它们。
- 北极光和南极光
虽然这些都是壮观的景象，但磁场的主要作用是通过偏转太阳风粒子来保护我们免受在害的太阳辐射。如果没有磁气圈，地球上就不会有生命。火星没有磁气圈是因为它的外核停止了运动；结果它失去了所有的大气，变得不适合居住。但有趣的是：地球的磁极在移动。
磁北极的确切位置是在1831年首次计算出来的。到1904年，它已经移动了50公里。2001年，加拿大地质调查局计算出它的平均位置是北纬81.3度，西经110.8度。
最近，人们已经确定，北极磁极一直在以异常快的速度向东移动，从加拿大的北极以每年55公里的速度向西伯利亚移动，尽管最近它的速度已经放缓到每年40公里。这种异常快的速度导致了世界磁模型(这是我们的导航数学基础系统)的更新比预期的要早。通常，该模型每5年更新一次，最后一次更新是在2015年，但由于新的位置，它必须在2019年2月更新，而不是2020年，这样我们的通信和导航系统才能更新。
为什么磁北极在移动？答案是它一直在移动，主要是由于磁场的拉和推。只是这次它的移动速度比预期的要快一些。其原因尚不清楚。这可能是因为外核的喷射变得越来越强。或者，正如利兹大学的菲尔•利弗莫尔在2018年美国地球物理联盟会议上强调的那样，这是两块磁场之间“拔河”的结果；一个在加拿大下面，一个在西伯利亚下面。从历史上看，“加拿大队”更强大，但现在“西伯利亚队”似乎正在接管。
如前所述，两极总是在移动。事实上，在地球的地质历史上，它们也有完全颠倒过来的时候。我们通过岩石分析得知，这告诉我们在过去的2000万年左右，两极翻转了几次。2019年，在新西兰发现了一棵树，它也包含了磁场逆转的记录。这种树在新西兰北岛被发现。碳定年法显示它生活在大约41000到42500年前。结果显示，磁场在这一点几乎是相反的，尽管它没有完全翻转。
完全逆转的趋势是每20万到30万年一次，最后一次完全逆转发生在大约78万年前。但这个过程是不可预测的，所以没有人可以确定。
如果磁场完全反转会发生什么？过去的极地翻转是缓慢地，发生在几千年的时间里，所以不会有什么戏剧性的变化。将会发生的是缓慢但肯定的，指南针将移动到北极所在的任何地方。利用磁场导航的动物和鸟类可能会受到更大的影响。他们会感到困惑，但这个星球上已经有生命存在了近30亿年，就像以前一样，他们最终会找到答案。
如果磁场继续变弱，我们的主要问题就出现了。这可能会带来来自太阳的有害辐射，这显然是一个值得关注的问题。大约一个世纪以来，它一直在变弱。在南半球，有一个弱点，被称为南大西洋异常，它会给低轨道卫星带来问题。然而，我们不需要恐慌，因为即使它继续变弱，它也不会在几十亿年内完全消失。
另一件可能发生的事情是，极光将在低纬度地区可见，因为较弱的磁场意味着太阳粒子将更多地穿透地球大气层。不过，总的来说，弱磁场不会对地球上的生命造成灾难性的影响，北极和南极的完全逆转也无关紧要。
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