地磁北极移动变快强度变弱：南北磁极要互换位置？

地磁北极很不正常，科学家不得不更新他们四年前才发布的全球磁场模型。这是南北磁极即将翻转的信号吗?

世界磁场模型(World Magnetic Model，WMM)——更新后的表示地球磁场的最新名称——预计将在1月30日后发布。《自然》杂志的一篇报道称，由于政府停摆，30号已经比原计划推迟了大约两周。

磁极正不规律地从加拿大向西伯利亚移动，这种不可预测的移动着实让科学家吃了一惊。科罗拉多大学博尔得分校和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)国家环境信息中心的地磁学家阿诺德·朱里亚特(Arnaud Chulliat)告诉《自然》杂志，2015年才更新的全球磁场模型本来可以使用到2020年，但是现在已经过时了。

参与更新世界磁场模型的英国地质调查局的地球物理学家夏兰·贝根(Ciaran Beggan)表示，磁极移动早已不是什么新闻。英国和法国自1580年以来的长期记录表明，几百年或者更久的时间以来，地磁北极一直绕北极不规律地移动。他还引用了1981年发表在《皇家学会哲学学报》上的一项研究来说明这一观点。

但真正引人注意的是这一移动越来越快。大约在二十世纪九十年代中期，北磁极的移动速度突然加快，从每年9英里(15公里)增加到每年34英里(55公里)。去年，北磁极越过国际日期变更线向东半球倾斜。

移动加快的主要原因是在于主要由铁构成的液态地球外核，也被称为“核心磁场”(core field)。当然还有一些较小的因素也会影响其移动。根据世界磁场模型2015年的报告，这些影响因素包括地壳和上地幔中的磁性矿物质以及海水通过“环境磁场”产生的电流。

贝根说:“我们能够更新磁场地图的原因之一是欧洲航天局(ESP)在2013年发射了一套高准确度的磁场卫星Swarm(Swarm是欧洲航天局2013年发射的两颗卫星的总称，用于研究地球上的磁信号)。”

“我们有一套很棒的数据集，可以从根据它们制作相当好的磁场地图，每6到12个月更新一次，”贝根补充道，“但我们注意到由于误差平均超过1度，现实数据达不到世界磁场模型在磁极的高纬度地区的参数，所以我们不得不考虑这次发布的更新是否值得。”

此外，核心磁场似乎在减弱——这可能也是地球磁场即将翻转的一个信号。华盛顿大学地球与空间科学荣誉退休教授罗纳德·梅里尔(Ronald Merrill)接受采访简单讲述了核心磁场的工作原理以便更好地理解为什么会减弱。

这次没有参与新的世界磁场模型研究的梅里尔表示，想象磁场时，一个简单的方法是想象一个有北极和南极的条形磁体穿过地球中心。这种磁体强度很大，大约相当于地球表面磁场强度的75%。

当然，条形磁体并不能完美地代表磁场。实际上是电流产生了地球磁场。但是这个条形磁体模型可以让我们更容易想象地球正在发生什么，梅里尔补充说。具体来说，“条形磁体”不仅在移动，而且在变弱，大约每100年减弱7%。

至于另外25%的磁场，梅里尔说那是由另一个磁体产生的，你可以把它想象成另一个移动的条形磁体。有趣的是：当在地球中心条状磁体的强度减弱时，这个较弱的磁体会对地球的磁力产生更大的影响。梅里尔说道:“这就是导致磁极向(西伯利亚)方向移动的原因。”

地球的南北两磁极会周期性地交换位置，但最后一次翻转发生在大约78万年前(贝根补充说，大约4.1万年前，磁极也曾短暂而迅速地变弱，但从未经历过一次完整的翻转。)《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences) 2018年发表的一项研究表明，在变换位置之前，地球磁场会变弱。

虽然发生磁场翻转仍然需要数千年的时间，但是其影响可能对技术产生深远影响。这是因为较弱的磁场在保护地球免受太阳风(来自太阳的持续不断的带电粒子流)和宇宙射线(来自深空的辐射冲击波)的影响方面会稍差一些。GFZ(德国波茨坦地学研究中心)地磁演化工作组负责人莫妮卡·科特(Monika Korte)表示，受其影响，磁罗盘准确度也会降低，监测天气或传送电信信号的卫星可能会受到干扰。

科特在一封电子邮件中写道:“辐射增加，将会减弱屏障的作用，但是大气层似乎仍将为地球表面提供足够的屏障作用以保障人类和动物不会受到显著影响。”

“然而，对我们的影响还有：现在只能由强烈的太阳风暴或者地磁风暴带来的影响，以后可能会更频繁地发生，而且会在温和的太阳活动期间发生，这些影响包括卫星运行中断或者受损、长途飞机和国际空间站所要承受的辐射增加，以及电信和GPS信号失真等。”

科特说，世界磁场模型发布后，对地球地磁场(包括磁极)的持续监测将主要通过欧洲航天局的Swarm任务继续进行。但她指出，由于磁极位于偏远地区，而且地球磁场的测量受到所有磁场源的影响(包括在地球大气层中发现的电离层和磁层等磁场)，因此测量地磁北极的位置是一项挑战。

她补充说:“这也将取决于未来的磁场变化，如果可能需要对模型进行另一次非常规更新的话，这种变化我们将无法预测。”