地磁場正在消失，1600年后變火星？真相來了！

　　火星，這個地球的“孿生兄弟”，一樣擁有南北極、高山峽谷、四季分明，但這顆紅色星球卻因磁場的缺失和大氣的逃逸而變得荒涼死寂。

　　近日，有網文報道稱，過去百余年地球磁場強度下降了9%。尤其在南大西洋異常區衰減更明顯，這片從非洲到南美的區域磁場比別處弱30%，衛星經過時常受干擾。若以此推論，全球磁場1600年后可能歸零，地球將變成和火星一樣的荒涼天地。

　　地球磁場是否正在快速下降？1600年后地磁場會歸零“變成火星”嗎？地磁場還能存在多少年？《中國科學報》就此專訪了行星物理學者、中國科學院地質與地球物理研究所研究員戎昭金。

　　“衰退”的地磁場

　　《中國科學報》：“地球磁場強度下降了9%”，是真的嗎？

　　戎昭金：確實如此。實際上，早在400多年前的大航海時期，通過航海家們的羅盤航磁測量，人們就已經發現地磁場強度在逐年下降。近年來，基于大量地面地磁臺站記錄和地磁衛星的測量都發現，當前的地磁強度與1900年相比，120年多來下降了約9%。所以，這個結論的可靠性和科學性是地球科學領域內比較認可和接受的。

　　《中國科學報》：地磁場強度下降的主要原因是什么？和火星磁場近乎消失的原理機制是一樣的嗎？

　　戎昭金：毫無疑問，地磁場強度下降9%的根本原因是位于地核的地磁發電機的動態變化引起的。這跟火星磁場的消失不是一回事，火星磁場的消失是因為火星內核的磁場發電機在大約37億年前左右停止工作。而地磁場自產生30多億年來從未停止過。

　　當前的地磁場下降更像是地磁發電機的正常動態變化所引起的，主導因素應為地磁發電機對流出現變化，導致系統中電流變弱，但這究竟是由哪些因素造成，還尚待進一步研究。

　　《中國科學報》：南大西洋異常區地磁強度衰減為什么比別的地方更大？

　　戎昭金：地磁場可近似看作由全球偶極磁場和局部非偶極磁場構成。偶極磁場近似為一個大磁鐵，由位于地球深部約4000~5000公里的地磁發電機驅動，磁北極在地球南極附近，磁南極在地球北極附近。跟偶極場相比，那些局部較弱或較強的磁場區域則被稱為磁異常區。這些區域通常被認為是由非偶極磁場成分造成的。

　　地球上存在有多個大尺度的磁異常區域，如西伯利亞、北美、南大西洋等。南大西洋磁異常之所以受到更多關注，是因為該區域的磁場強度比別的區域更弱，且區域面積也較大。該異常的產生和變化通常認為是由地球核幔邊界處的對流引起的，但具體形成的真實物理機制目前還不清楚。

　　《中國科學報》：地磁異常對衛星會產生哪些影響？

　　戎昭金：在南大西洋磁異常區域，由于地磁較弱，外太空的高能粒子容易“沉降”進入。衛星經過時，這些沉降的高能粒子容易打壞其儀器部件；同時，高能粒子打到大氣上，也會使大氣溫度升高、密度增大，使得衛星在通過該區域時阻力變大，進而縮短衛星的運行壽命，甚至可能導致衛星提前掉落。因此，在發射衛星或設計軌道時，如果任務涉及該區域，則要充分考慮這些影響。

　　地幔、內核、外核、流體對流、磁場。地質地球所供圖

　　1600年后“消磁”概率不大

　　《中國科學報》：面對正在衰減的地磁場，有人推理認為1600年后地磁場將會“歸零”，帶來世界末日。你對此如何看？

　　戎昭金：雖然地磁場從1900年至今下降了9%，但我比較樂觀，不認為它會一直以這個速度衰減下去。地球歷史上有過很多次地磁場大幅衰減，但最終都恢復了。

　　《中國科學報》：距離地球被“消磁”還有多遠？

　　戎昭金：目前，人類對地磁場的認識還不夠深刻，對于未來地磁場的變化趨勢，學界還很難預測。

　　地球內部壓強高、溫度高，科學家目前靠鉆探只能直接觀測到地下十一二公里處的環境，而地磁發電機在地核四五千公里的深處，遙不可及。所以，只能通過地磁場觀測、地震反演、理論計算和計算機模擬等多種手段進行綜合分析。雖然現代計算機能模擬地核發電機的運行，并一定程度上能復現出地磁場的變化，但模擬參數往往又偏離實際的物理參數很多數量級。采用真實的物理參數，計算機模擬又難以穩定運行。地磁場的起源和變化是愛因斯坦100年前提出的問題，至今仍是物理學界的世紀難題，還有很多未知等待破解。

　　《中國科學報》：當前地磁場強度的下降意味著什么？

　　戎昭金：在地球演化的歷史長河中，地磁場經常出現增強、減弱，甚至磁極倒轉的變化現象。當地球偶極磁場減弱，非偶極磁場增強到一定程度，就有可能發生磁極倒轉，即地磁南極和北極互換位置。目前，計算機模擬和一些觀測結果都支持這種推測，但當前地磁場的減弱，最終是否會引發磁極倒轉，仍不確定，也可能地磁場在減弱一段時期后會逐漸恢復強度。

　　地球的圈層結構。地質地球所供圖

　　世紀難題仍待攻克

　　《中國科學報》：地磁場監測為什么重要？

　　戎昭金：地磁場作為人類生存環境的基本物理場，它的作用十分廣泛。例如，能阻擋外部太陽風高能帶電粒子入侵，抑制地球大氣的逃逸丟失，為鴿子、蝙蝠、海龜等許多生物提供導航。探測地磁場有助了解地下礦產結構與分布。在衛星導航失效時，地磁場還能為人類提供穩定的導航功能。它還會影響電離層等離子體頻率，進而影響衛星通訊。可以說，地球內部或外部的任何擾動變化，都可以通過地磁場反映出來，從而為人類診斷地球內部和外太空的環境提供直接工具，所以加強地磁場研究很重要。

　　《中國科學報》：國際科學界圍繞地磁場主要開展哪些研究？

　　戎昭金：目前的工作涉及方方面面，有地磁探礦、地磁漂移、磁極變化、地磁建模、地磁對空間環境以及對地球氣候環境的影響，以及通過計算機模擬認識地磁場演化，還包括地磁場對生物蛋白、細菌、動物行為、人類健康等的效應和影響，等等。

　　在地磁監測方面，通過國際地磁學和高空大氣學協會（IAGA）這一學術組織，國際科學界會綜合各類地磁數據來源，每5年發布一版全球地磁參考模型（IGRF）。該模型綜合了全球地磁臺站和地磁衛星的數據，確定當前地磁場總體呈衰減趨勢，只是不同年份的衰減速度會有所差異。

　　《中國科學報》：中國的地磁監測能力如何？

　　戎昭金：我國在地磁監測方面歷史悠久，上海佘山地震臺早在1874年就開始觀測地磁，距今已有150余年的歷史記錄。目前，我國從空間衛星到地面基礎設施都具備一定基礎，如2018年發射的“張衡一號”地震電磁衛星，搭載的磁強計就可測量地磁場數據；2023年發射的“澳科一號”則是首顆利用低傾角軌道，監測赤道附近南大西洋異常區地磁場與空間環境的科學探測衛星。

　　在地面觀測系統方面，我國的子午工程二期今年3月已通過驗收，將在地磁、太陽風等日地空間環境監測方面發揮重要作用，這有助于我們獲取自己的大規模地面臺站監測數據，為我國科學家在該領域取得原創成果提供有力支撐。同時，子午工程二期將深化國際合作，特別是與西半球國家開展協同觀測，例如通過與巴西等國的合作，聯合布設地磁監測臺站，構建全球空間環境監測網絡，攜手推動解決地磁場的起源和變化這一世紀難題。

　　《中國科學報》：下一步，地磁場研究還有哪些潛力可挖掘？

　　戎昭金：與上天、下海相比，入地更難。為深入了解地磁場的產生機制，國內外也有團隊在嘗試利用液體金屬或鹽水等導電介質來開展實驗研究，但目前都還處于探索階段，難度很大。

　　地磁場未來究竟會如何變化，還有很多未知等待我們去探索，因此需要進一步加強地磁場的監測，加大地磁場研究的投入。如建設更多的國際地磁臺站，發展高性能的地磁探測儀，發射新一代的地磁監測衛星系統，發展新的地磁分析方法，建立更高時空精度的地磁模型，提高計算機對地磁場的模擬能力。

　　地磁場變化的時間尺度很大，所以我們在持續開展地磁場研究的同時，也應加大對行星磁場研究的力度。通過對多樣本行星磁場的對比研究，來認識地磁場的起源和演化的物理規律。