在地球周?chē)?，一個(gè)看不見(jiàn)的磁場(chǎng)正不斷地捕獲電子和其他帶電粒子，使得阻擋紫外線(xiàn)的臭氧層不致消失

　　10月5日消息，據國外媒體報道，如果地磁場(chǎng)消失，會(huì )對地球有什么影響?答案是：不會(huì )很好，但也不會(huì )像災難片描述的那么糟糕。

　　地球的磁場(chǎng)稱(chēng)為地磁場(chǎng)，源于地球內部，向外延伸至太空。這個(gè)磁場(chǎng)由地核的劇烈運動(dòng)產(chǎn)生，對我們的日常生活有非常重要的意義：它保護了地球免受太陽(yáng)粒子的影響，為導航提供了基礎，甚至可能在地球生命演化中發(fā)揮了重要作用。

　　那么，如果地磁場(chǎng)突然消失會(huì )如何?無(wú)數的帶電太陽(yáng)粒子將會(huì )轟擊地球，使電網(wǎng)和衛星失靈，并使人類(lèi)暴露在更高水平的致癌紫外線(xiàn)輻射下。換句話(huà)說(shuō)，地磁場(chǎng)缺失將會(huì )帶來(lái)嚴重的問(wèn)題，但不一定是災難性的后果，至少在短期內是這樣。

　　這其實(shí)是個(gè)好消息，因為一個(gè)多世紀以來(lái)，地磁場(chǎng)一直在減弱。即使是現在，也有一些地磁特別薄弱的區域，比如南半球的南大西洋異常區(South Atlantic Anomaly)，導致該區域上空的低軌道衛星會(huì )受到粒子影響而出現技術(shù)問(wèn)題。

　　關(guān)于地磁場(chǎng)，首先要了解的是，即使減弱，它也不會(huì )消失，至少在幾十億年內不會(huì )消失。地磁場(chǎng)的形成源于地核外核中熔融鐵、鎳的對流運動(dòng)。美國羅徹斯特大學(xué)的地球物理學(xué)家約翰·塔都諾(John Tarduno)表示，隨著(zhù)地核的增長(cháng)和固化，地核內部釋放的熱量推動(dòng)了這一對流運動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流，從而形成地磁場(chǎng)。據估計，地核每年大約增長(cháng)一毫米。

　　這種關(guān)于地磁場(chǎng)形成的理論，被稱(chēng)為發(fā)電機理論，而地核作為磁場(chǎng)的“引擎”，已經(jīng)運行了數十億年。根據2015年的一項研究，科學(xué)家認為，目前的地核結構可能在大約15億年前就已經(jīng)穩定下來(lái)，當時(shí)的磁場(chǎng)強度出現了飛躍。但是，塔都諾和他的團隊在地球上最古老的礦物鋯石中發(fā)現了磁場(chǎng)存在的證據，并且可以追溯到42億年以前。這表明，地核活動(dòng)在很長(cháng)一段時(shí)間內一直在產(chǎn)生磁場(chǎng)。

　　塔都諾在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，目前還不清楚這臺“發(fā)電機”啟動(dòng)的原因，但很可能是導致月球形成的那次大規模行星撞擊造成的。這次撞擊發(fā)生在地球形成后大約1億年時(shí)，可能促使地核中發(fā)生物質(zhì)分層，進(jìn)而導致了對流運動(dòng)，至今仍驅動(dòng)著(zhù)地磁“發(fā)電機”。

　　在遙遠的未來(lái)，地核很可能最終會(huì )變得足夠大，以至于外核的對流運動(dòng)不足以產(chǎn)生電流，磁場(chǎng)也會(huì )最終失效。但這種情況太遙遠了，也許還需要幾十億年的時(shí)間，現在還不值得為此而失眠。

　　不斷減弱的地磁場(chǎng)

　　與人類(lèi)生活更相關(guān)的是，地磁場(chǎng)正在減弱。在過(guò)去的160年里，科學(xué)家們一直在用地磁觀(guān)測站和衛星直接測量這種減弱趨勢。160年以前，地磁場(chǎng)是否已經(jīng)開(kāi)始減弱，以及未來(lái)會(huì )發(fā)生怎樣的變化，目前都不明朗。塔都諾表示，目前的地磁場(chǎng)大約有80%為偶極子磁場(chǎng)。這意味著(zhù)地磁場(chǎng)更多地是像一塊條形磁鐵。如果你能把鐵屑灑在地球周?chē)?這里需要除去太陽(yáng)風(fēng)的影響)，由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)線(xiàn)將呈現出明確的北極和南極。但是，還有20%的地磁場(chǎng)是非偶極子磁場(chǎng)，這意味著(zhù)地磁場(chǎng)比條形磁鐵更復雜，會(huì )出現局部的變化。

　　在以往的地球歷史中，地磁場(chǎng)曾發(fā)生了多次地磁逆轉，即南北磁極互相換位。最后一次逆轉發(fā)生在78萬(wàn)年前，大約是直立人(Homo erectus)的時(shí)代。由于地磁場(chǎng)的減弱通常發(fā)生在這些逆轉之前，因此一些人對又一場(chǎng)地磁逆轉是否即將到來(lái)提出了疑問(wèn)。不過(guò)，地磁場(chǎng)有時(shí)也會(huì )先減弱，然后在不逆轉的情況下再次增強，這種現象被稱(chēng)為“漂移”(excursion)。

　　塔都諾和他的團隊發(fā)現，在南非地下的地核中，有一個(gè)奇怪的漩渦，可能是造成這種磁場(chǎng)減弱的部分原因。這一漩渦似乎就是南大西洋異常區形成的原因。該異常區從巴西以東約 300公里處開(kāi)始，橫跨南美洲大部分地區，是已知的地磁場(chǎng)薄弱區域。在這片地區，來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的帶電粒子會(huì )比其他區域更容易接近地球。在地理特征上，南大西洋異常區并不特別明顯。但是，地球軌道衛星在那里遇到了更多具有破壞性的太陽(yáng)粒子，曾在國際空間站上飛越該地區的宇航員報告稱(chēng)，他們看到了流星的視覺(jué)現象?？茖W(xué)家認為，這很可能是由于那里的近地軌道輻射水平相對較高造成的。

　　塔都諾的團隊懷疑，南非地下的地幔變化可能觸發(fā)了以往的地磁逆轉。好消息是，即使磁場(chǎng)在減弱，或者即將逆轉，地磁場(chǎng)也不會(huì )消失。沒(méi)有證據表明地磁場(chǎng)會(huì )在逆轉過(guò)程中完全消失。

　　即使發(fā)生地磁逆轉，“地球仍然會(huì )保留一部分磁場(chǎng)，這將是一個(gè)非常弱的磁場(chǎng)，”塔都諾說(shuō)道。這個(gè)磁場(chǎng)強度很小的世界會(huì )是什么樣子?首先，你的指南針不管用了。“它將指向磁場(chǎng)強度最高的區域，”塔都諾說(shuō)，“這一區域可能離你很近，也可能非常遙遠。”

　　到了那時(shí)，北極光和南極光在低緯度地區也將都能看到，因為這些絢爛的景象是太陽(yáng)噴射出來(lái)的帶電粒子(太陽(yáng)風(fēng))與地球磁層相互作用的結果。目前，極光只出現在兩極附近，循著(zhù)地球的南北磁場(chǎng)線(xiàn)，但較弱的磁場(chǎng)將允許粒子穿透地球大氣層，照亮赤道附近的天空。

　　南大西洋異常區上空的衛星異?，F象可能在全球變得普遍，這將引起許多技術(shù)故障。太陽(yáng)粒子會(huì )轟擊電子設備，造成所謂的單粒子翻轉(single-event upsets，SEUs)，即計算機中CMOS電子元器件發(fā)生電位狀態(tài)的跳變，從而破壞內存。當太陽(yáng)粒子與地球大氣層的電離層相互作用時(shí)，也會(huì )把電子從分子軌道上撞擊出來(lái)。這些自由電子會(huì )干擾用于通信的高頻無(wú)線(xiàn)電波的傳輸。

　　隨著(zhù)時(shí)間的推移，太陽(yáng)風(fēng)和地球大氣之間的相互作用還會(huì )破壞臭氧層，這將增加全體人類(lèi)受到的紫外線(xiàn)輻射，并增加皮膚癌的風(fēng)險。

　　倫敦瑪麗女王大學(xué)的空間等離子體物理學(xué)家馬丁·阿徹說(shuō)(Martin Archer)：“雖然沒(méi)有磁場(chǎng)可能不會(huì )對生命造成完全災難性的影響，但地球上的輻射劑量會(huì )高得多。”幾乎沒(méi)有證據表明以往歷史中地磁場(chǎng)的變化影響了地球生命。不過(guò)，馬丁·阿徹在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，地磁場(chǎng)無(wú)疑參與塑造了地球的表面，有助于防止地球脆弱的大氣層被無(wú)情的太陽(yáng)風(fēng)吹到太空。

　　磁場(chǎng)對于大氣層的形成并不是決定性的，例如金星就沒(méi)有磁場(chǎng)，但它具有濃厚的大氣層——超過(guò)96%都是二氧化碳。不過(guò)，地磁場(chǎng)確實(shí)起到了額外保護層的作用?；鹦窃?jīng)擁有磁場(chǎng)，但在大約40億年前失去了，它的大氣層也幾乎被完全剝奪。馬丁·阿徹指出，如果有某種方法能讓月球擁有類(lèi)似地球的大氣層，在短短一個(gè)世紀內，太陽(yáng)風(fēng)就會(huì )將其化為烏有。
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