地磁反轉惹災禍，怎麼回事？

地磁反轉惹災禍，怎麼回事？

時間︰2005年08月19日
地點︰中國文化大學推廣教育部 國際會議廳
主講人︰趙 丰主任（美國航太總署 哥達德太空飛行中心 太空大地測量研究室主任）

地球磁場是怎麼來的？只有地球有，其他行星有嗎？為什麼地球磁場會反轉？我們可以控制嗎？因為反轉，會帶給人類和動物什麼衝擊？許許多多的疑問將一次解決......

「地球的內核突然停止轉動，使得地球的電磁場開始減弱、消失，因而引發一連串災難：飛機失事、電子儀器失靈、大氣電場暴風……」這是在電影The Core中的情節，科學家為了拯救地球免於各種怪現象，而深入地心轉動地磁。

不過，這種離奇的情節在科學上不會發生。因為飛機的飛行、電子儀器、甚至大氣電場，都跟地磁沒有什麼關係。

此外，我們一般看到的地球磁力線，幾乎都是呈現南北對稱、優美、簡單的弧線，但事實上，地球的磁力線可不是這麼簡單。在真實的世界中，地磁的分佈和影響，既沒有電影中那麼聳動，也不是南北完美對稱那麼精準、無趣。真實的地磁現象，介於這兩者之間。

談到地球磁場，要先談什麼叫做磁場。磁場是由磁力線所構成，是有方向性的。不同的磁力線具有不同的值。一個球形的磁鐵，和一個柱狀的磁鐵，其磁力線分佈大體上是類似的，都是由南極往北極的方向。此外，要認識地磁，還需要先認識地球的構造。地球內部有地函，是由石頭所組成；地球中心則由融鎔狀態的鐵所構成，高溫高壓；再往內則是外核（outer cord）和內核（inner cord），其間的差異在於內核的溫度和壓力都更高，因此鐵質又成了固體。內核的溫度已經到達4000~5000℃，幾乎等同於太陽的表面溫度，其大小略小於月球。

人類對地磁的認識

最早發現地磁現象的是中國人，用來指示方向。但我們今天要談的，遠超過這個層次的認知，而是現代科學的研究。地球磁場的現代科學研究，起始於16世紀初英國科學家吉伯特（William Gilbert）的「永久磁鐵」假說，認為地球內部是一個大磁鐵。但是這個假說到了20世紀便被推翻，因為在原子論與量子論出現以後，了解到物質的溫度要是過高（超過居里溫度），磁性便會消失，而地球內部的溫度上達千度，已遠超過鐵的居里溫度。

人類對磁場的認識，以及產生磁場的過程、方法，是要到19世紀西方電磁學發展以後，才終於有所了解。產生電磁場的一個有效方法，是利用機械動能轉化成電磁能。「發電機」有兩類：generator，自身具備永久磁鐵，以磁鐵的磁性來發電；以及dynamo，其磁場是自己產生的，是以所產生的磁場來製造電流，因此看來可以循環自生而不滅。

而地球就好似一個大型的dynamo，稱為「地球發電機」（geodynamo）。我們從一些簡單的實驗或儀器（例如指南針，或是讓針漂浮在水面上），就可以觀察到地球磁場的影響。而在現代太空技術裡，在繞地衛星身上，也置放了磁力儀（magnet-chomotor），能夠讓衛星探測到地球每個點上空的磁場分佈。

第一顆探測地球磁場分佈的衛星是1980年的Magsat（亦即magnet satellite），雖然只運作了半年便失靈，但是仍舊蒐集到很多資料。接下來則分別是1999年由歐美合作而成的Oersted，以及2000年的CHAMP和SAC-C，都攜帶了磁力儀。當中有將近20年沒有資料。我們還可以發現，這幾顆衛星都有一支長長的手臂，這是因為磁力儀必須盡量遠離衛星本身的電子元件，免得磁力測量時受到干擾，因此儀器便放在手臂的頂端。