“古籍”裏面找極光 揭示西太平洋磁異常演化_風聞

地球宜居環境不是與生俱來的，也不是一成不變的。在地球系統46億年演化進程中，正因為出現了偶極磁場，才改變了地球環境演化的進程，它與其他因素共同作用塑造了今天生機勃勃的宜居地球。

同樣，地球磁場如果發生異常，也會對地球的生物圈造成巨大的衝擊，乃至毀滅，例如磁場倒轉時，地球系統就會失去地磁保護，進而可能造成生物大滅絕。

通常情況下，地球磁場是穩定的，但當地球內部結構和動力學發生變化時，地球表面就會出現磁場異常區。當前，全球地磁場最顯著特徵是南大西洋異常區（South Atlantic Anomaly，SAA），這是一個磁場強度顯著低於偶極磁場的區域，即負地磁異常區，也是目前唯一的負地磁異常區，導致範艾倫輻射帶的高能粒子穿透大氣層更深。在這個區域內，沉降的高能粒子可以達到~100公里高度，在夜空中產生一種異於傳統紅色大氣氣輝的獨特的紅色赤道極光。

圖1 地磁場來自於地球內部這台發電機

最近的地磁場重建模型揭示了很多關於SAA演化的細節，例如，研究可以將地表2800 km以下的液態鐵核的運動與近地空間環境動力學聯繫起來。但我們一定會很好奇，地球歷史上，是不是曾經有過其他類似SAA的低磁場區域？

時光如駒，不留痕跡。磁場也如此，它會將自己隱藏起來，隱藏於帶有磁性的岩石裏、陶瓷中，也可以隱藏於古代人類記錄中。利用古代航海數據建立的全球地磁模型曾首次展示了16-18世紀期間，西太平洋地區存在明顯的負地磁異常，即西太平洋地磁異常區（West Pacific Anomaly，WPA）。遺憾的是模型不可避免需要進行時間、空間上的平滑處理，短時間尺度上的變化信息，我們無法獲知。

圖2 地磁異常區SAA與WPA

幸運的是，中科院地質地球所的魏勇研究員團隊，偶然間發現古朝鮮的大量的官方日記，竟然隱藏着地磁場的秘密，特別是在16-18世紀，古朝鮮持續、詳細地記載了君王活動、國家事務、天氣、天象等信息。在天象記錄中，有一種被頻繁記錄的夜間大氣發光現象——“有氣如火光”，絕大部分位於朝鮮半島南方，其肉眼可見性和動態變化性表明，“有氣如火光”是赤道極光，由朝鮮半島南方的負磁場異常引起的高能粒子沉降而產生。

圖3 古朝鮮極光記錄

古朝鮮記錄用的是漢字，通過古籍中的大氣異常現象，就可以獲取WPA演化的線索。魏勇團隊發現了這條線索後，興奮不已。他們對古籍進行了系統的整理，共發掘出公元1012-1811年期間的2013條極光記錄，並於2020年出版了專著《古代朝鮮極光年表》。隨後，他們開展了赤道極光和地球發電機模擬的交叉研究工作，揭示出WPA百年時間尺度的震盪特徵。

圖4 朝鮮半島觀察赤道極光示意圖

研究結果首次清晰地展示了赤道極光與WPA的聯繫，換句話説，地球的內部與空間具有協同演變的緊密聯繫，內部影響空間，而空間反映內部。這一發現對於理解當今SAA的演化和地磁場的整體變化具有重要的指示作用。過去幾十年以來，SAA強度一直在持續減弱，範圍在不斷擴大，未來是否會發生下一次地磁倒轉不得而知。這一研究為今後相關區域考古磁學工作提出了新方向，也為當今SAA區域研究提供了新思路。

圖5 1000-1900年期間磁場和赤道極光演化

未來，我們應加強在我國南海、東南亞地區、孟加拉灣地區的考古磁學和古地磁研究，豐富和完善1800年之前的地磁記錄，為構建準確的WPA演化模型提供基礎數據，從而也為預測地球磁場的未來演變提供堅實的依據。

古代是現代的鑰匙，未來，我們還應該加強從古籍文獻中發掘科學信息，為我們探知地球的過去打開一扇大門，也為我們預測地球的未來奠定可靠的基礎。

相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（Proc. Natl. Acad. Sci., 2021, 118, 20, e2026080118）。研究員何飛為論文第一作者，研究員魏勇和英國利茲大學Stefano Maffei為論文共同通訊作者。研究工作得到研究所重點部署項目、中國科學院戰略性先導科技專項（A類）、中國科學院青年創新促進會和英國自然環境研究委員會的資助。

來源：中國科學院地質與地球物理研究所