大氣發光現象竟與磁場異常有關

地球的宜居環境不是與生俱來的。在地球系統46億年的演化進程中，正是偶極磁場的出現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。

地球磁場異常會產生紅色赤道極光

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，全球地磁場的最顯著異常區是南大西洋異常區（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，這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在夜空中產生一種異於傳統紅色大氣氣輝的紅色赤道極光。

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公里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。磁場也是如此，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。

古籍中現赤道極光記載

幸運的是，中國科學院地質與地球物理研究所的魏勇研究員團隊，偶然間發現古朝鮮的大量官方日記裏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。

古朝鮮記錄使用的是漢字，通過古籍中的大氣異常現象，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。

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。

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。

（據微信公眾號“中科院之聲”）