- 地球的磁場
幾乎每個人都聽說過北極光。現在，人們會在冬天預訂去冰島和挪威的機票，以便能夠看到它們。還有一些鮮為人知的南極光。這兩種現象被稱為北極光和南極光。但是你有沒有想過它們是如何被創造出來的呢？
地球有一個磁場——這是因為我們內部活躍的行星有一個發電機在它的表面下旋轉。為了理解這個磁場，我們必須從地球是由什麼構成開始。它的最內層是堅固的鐵核(它的外邊緣在地表以下約5150公里處)。
- 地球結構
然後是外核——這是一個由鐵和鎳構成的流體層，位於固體內核之上，位於地球表面以下2890公里處。外核的頂部是地幔，由富含鐵和鎂的硅酸鹽岩石組成。它主要是固體，但在地質時期表現為黏性流體。我們有固體內核，液體外核，地幔和地殼。地球自轉產生的地幔對流使得最後一層地殼的構造板塊移動並相互碰撞，這就是地震和火山爆發的原因。
另一方面，磁場是由流體外核的對流運動產生的，磁場像意大利麵條一樣向外延伸。它的範圍被稱為磁層，達到數萬公里的太空。就像我們有地理上的南北極一樣，磁場給了我們磁極，雖然它們通常位於地理極點附近，但它們是不一樣的。它們的夾角大約是11度。
- 地球磁場的示意圖，愛丁堡大學/美國宇航局
讓我們來看看地球上不同的兩極。我們有地理極點，由人類製造的所有縱向線交匯的地方來定義，這些點也是地球自轉的軸線與地表相交的地方。然後是地球磁場產生的磁極。磁北極是地球磁場垂直向下的位置。如果在磁北極使用指南針，它將指向地球的中心向下。這是相反的磁南極。
地球的磁場對我們非常有用；它保護我們免受太陽風的傷害，太陽風會將太陽輻射和太陽粒子吹向我們。該磁場還有助於導航，甚至可能在生命進化中發揮了至關重要的作用。
現在，讓我們來談談極光——或者說北極光和南極光——是如何形成的。當太陽風到達地球時，它們會撞擊磁場，太陽風和磁層中的帶電粒子都會受到干擾。這導致粒子被電離，發出不同顏色的光。紅色和綠色是氧，藍色是氮，黃色和粉色是它們的混合。當然也有紅外線和紫外線極光，但我們無法用肉眼看到它們。
- 北極光和南極光
雖然這些都是壯觀的景象，但磁場的主要作用是通過偏轉太陽風粒子來保護我們免受在害的太陽輻射。如果沒有磁氣圈，地球上就不會有生命。火星沒有磁氣圈是因為它的外核停止了運動；結果它失去了所有的大氣，變得不適合居住。但有趣的是：地球的磁極在移動。
磁北極的確切位置是在1831年首次計算出來的。到1904年，它已經移動了50公里。2001年，加拿大地質調查局計算出它的平均位置是北緯81.3度，西經110.8度。
最近，人們已經確定，北極磁極一直在以異常快的速度向東移動，從加拿大的北極以每年55公里的速度向西伯利亞移動，儘管最近它的速度已經放緩到每年40公里。這種異常快的速度導致了世界磁模型(這是我們的導航數學基礎系統)的更新比預期的要早。通常，該模型每5年更新一次，最後一次更新是在2015年，但由於新的位置，它必須在2019年2月更新，而不是2020年，這樣我們的通信和導航系統才能更新。
為什麼磁北極在移動？答案是它一直在移動，主要是由於磁場的拉和推。只是這次它的移動速度比預期的要快一些。其原因尚不清楚。這可能是因為外核的噴射變得越來越強。或者，正如利茲大學的菲爾•利弗莫爾在2018年美國地球物理聯盟會議上強調的那樣，這是兩塊磁場之間“拔河”的結果；一個在加拿大下面，一個在西伯利亞下面。從歷史上看，“加拿大隊”更強大，但現在“西伯利亞隊”似乎正在接管。
如前所述，兩極總是在移動。事實上，在地球的地質歷史上，它們也有完全顛倒過來的時候。我們通過岩石分析得知，這告訴我們在過去的2000萬年左右，兩極翻轉了幾次。2019年，在新西蘭發現了一棵樹，它也包含了磁場逆轉的記錄。這種樹在新西蘭北島被發現。碳定年法顯示它生活在大約41000到42500年前。結果顯示，磁場在這一點幾乎是相反的，儘管它沒有完全翻轉。
完全逆轉的趨勢是每20萬到30萬年一次，最後一次完全逆轉發生在大約78萬年前。但這個過程是不可預測的，所以沒有人可以確定。
如果磁場完全反轉會發生什麼？過去的極地翻轉是緩慢地，發生在幾千年的時間裡，所以不會有什麼戲劇性的變化。將會發生的是緩慢但肯定的，指南針將移動到北極所在的任何地方。利用磁場導航的動物和鳥類可能會受到更大的影響。他們會感到困惑，但這個星球上已經有生命存在了近30億年，就像以前一樣，他們最終會找到答案。
如果磁場繼續變弱，我們的主要問題就出現了。這可能會帶來來自太陽的有害輻射，這顯然是一個值得關注的問題。大約一個世紀以來，它一直在變弱。在南半球，有一個弱點，被稱為南大西洋異常，它會給低軌道衛星帶來問題。然而，我們不需要恐慌，因為即使它繼續變弱，它也不會在幾十億年內完全消失。
另一件可能發生的事情是，極光將在低緯度地區可見，因為較弱的磁場意味著太陽粒子將更多地穿透地球大氣層。不過，總的來說，弱磁場不會對地球上的生命造成災難性的影響，北極和南極的完全逆轉也無關緊要。
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