地磁場：“我裂開了？”_風聞

　　原作：Mara Johnson-Groh & Jessica Merzdorf

　　編譯：李樺

　　校對：牧夫天文校對組

　　美編：李子琦

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

　　原文鏈接：

　　https://www.nasa.gov/feature/nasa-researchers-track-slowly-splitting-dent-in-earth-s-magnetic-field

封面圖：這張立體視覺效果圖展示了一個簡化版的地球磁場。地磁場阻擋了部分來自太陽的帶電粒子，使地球免受其摧殘。

圖源：NASA戈達德航天中心

　　變化中的地磁異常區

　　地球的磁場像是這個行星的保護罩，它排斥或捕獲來自太陽的帶電粒子。然而，在南美洲和南大西洋存在着一片地磁場較弱的區域，叫做南大西洋異常區（South Atlantic Anomaly, SAA，後文簡稱為異常區）。異常弱的地磁場使得來自太陽的粒子可以到達更接近地表的高度，干擾甚至破壞在這個高度運行的衞星。這也是來自NASA的科學家們研究異常區的主要原因。

　　目前，異常區的存在對於生活在地表的我們沒有影響。然而，近期對於異常區的監測發現該區域正在向西擴張，並逐漸分裂成兩葉。這給衞星的運行帶來了額外的挑戰。一個由NASA的地磁學家、地球物理學家和太陽物理學家組成的研究團隊，正在觀察和模擬這個異常區。他們致力於更好地監測甚至預測異常區發生的變化，為未來的衞星任務保駕護航。

　　地磁場異常——源自地球深處

　　南大西洋異常區的形成是地核的兩個特點造成的：地球磁極的傾斜和熔融的外地核的流動性。

　　地球的內部像是有一個條形磁鐵，形成了地磁南北極和無數環繞着地球的虛擬的磁感線。但是，現實中的地磁場不能完美契合條形磁鐵會形成的磁場，不僅如此，地磁場也不穩定。這是因為地球的磁場來源於2900千米深的外地核——熔融狀態的鐵鎳合金。這些流動的金屬像一台巨大的發電機，其產生的電流形成了地球磁場。

　　地球內部（尤其是核幔邊界）複雜的地球動力學的變化會使外地核的運動發生改變，這同時會引發地磁場在時間和空間上的波動。波動蔓延至地表，就形成了包括南大西洋異常區在內的地磁特徵。類似的特徵還包括地磁南北極相對於地軸的傾斜和在大時間尺度上的漂移。這些變化和外地核的對流有着相似的時間尺度，科學家們在嘗試用這些事實進一步解釋地核的動力。

　　南大西洋異常區可以被理解成是一個地球偶極磁場遭到削弱的地區。在原有的地球磁場中加入一個與之磁極相反的本地磁場，就會使該地區總磁場強度比周圍區域都要小。

　　範艾倫輻射帶

當來自太陽的物質衝擊地球的磁氣圈時，它有可能被地磁場捕獲並困在圖中類似甜甜圈的區域。這個區域叫做“範艾倫輻射帶”。粒子們被困在這個輻射帶內，不斷遊走於兩極之間。

圖源：NASA Goddard / Tom Bridgman

　　太陽持續不斷地以太陽風和日冕物質拋射的形式向四周噴射着粒子。當這些粒子衝擊地球的磁氣圈時，它有可能被地磁場捕獲並困在一個類似甜甜圈的區域——“範艾倫輻射帶”。粒子們被困在這個輻射帶內，不斷往返於兩極之間。最內側的輻射帶離地面最近處也有650千米之遙，因此，位於地表的我們，以及許多衞星，都處於安全的距離。

　　然而，當太陽風暴過於強烈時，範艾倫輻射帶可能會能量過大，地磁場也會發生形變。一些帶電粒子會趁機進入大氣層。

　　在上文提到的弱異常區，範艾倫輻射帶的高度更低。近地軌道衞星（比如國際空間站ISS）在途經此地時面臨着被輻射帶中的帶電粒子破壞的風險。因此，在經過異常區上空時，衞星通常會關閉一些敏感設備來規避風險。目前，NASA的科學家正在通過監控帶電粒子的輻射和測量地磁場變化等多種手段，研究並預測南大西洋異常區的地磁場和該區域上空的範艾倫輻射帶的變化，以保障衞星在未來的運行。

『天文時刻』 牧夫出品

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通過對一幅哈勃空間望遠鏡2005年拍攝的M51特寫照片進行數字化變換，這個6萬光年大小的旋渦星系的旋臂被伸展開來。

圖源：Hubble  Heritage  Project