古代水手揭露地磁（Earth’s Magnetic Field）奧秘

古代水手揭露地磁奧秘
知識通訊評論第37期

地磁磁場大約每一百萬年會發生一次反轉，最近科學家利用航海日誌及考古陶器，來研究地磁磁場的改變。

十七、十八世紀的水手縱橫七海之時，他們大概不會知道，有朝一日其航海日誌會幫助科學家，重建地球磁場的歷史。

英格蘭里茲大學的地球物理學家古賓斯 (David Gubbins) 與他的同事，使用舊時的航行資料，結合從考古文物中取得的記錄，計算出地磁磁場的強度與方向，在一五九○年到一八四○年之間如何變化；這段時期約當從法蘭西斯‧德瑞克 (Francis Drake) 駕駛金鹿號的多次航行開始，直到達爾文小獵犬號的旅程為止。

大約十九世紀中葉，物理學家高斯設計出測量方法之後，地磁磁場的系統化記錄才開始存在。這些測量顯示從那時開始，地磁磁場的強度以每年大約百分之零點零五的幅度逐漸下降。

美國加州拉荷亞的斯奎普斯海洋研究所地球物理學家康絲特堡 (Cathy Constable) 說，許多人對於地球磁場強度以這樣的高速率衰減感到非常興奮，並將其視之將會有下一次地磁反轉的證據。

地球磁場示意圖

地磁反轉時，地球磁場會在南北極反轉之前約略消退。此事發生的箇中過程並未全然明瞭，但也許和地球溶心的循環模式變化有關。這樣的反轉大約每一百萬年發生一次。

古賓斯與他的同事在二○○六年五月十二日出版的《科學》雜誌上發表論文，說碰巧在他們開始測量時，地磁磁場也正好開始其最近一次的強度衰減。藉著航海日記，將記錄往回延伸兩百五十年，他們發現地磁磁場的強度大約在一八四○年之前幾乎不變，到那之後才開始下降。

康絲特堡說，新的記錄顯示這種趨勢只是暫時的。因此她表示，預測地磁即將翻轉未免操之過急。

凍結於時光中

在一八四○年之前，我們所擁有關於地球磁場強度的最佳記錄，保存於岩石與考古文物之中。像是地表內的鐵或是陶器這些磁性材料，當岩石或陶器受熱然後冷卻，其原子會與地球磁場一致凍結，揭露關於磁場強度的資訊。

有些研究者在這份資料中發現一些跡象，顯示地球磁場在一六○○年到一八○○年間，衰退的速度不如現在這麼快速。但這些記錄參差不齊，根據它們來計算全球磁場強度並不精確。

為求得更佳的估計，古賓斯跟他的同事將這些資料，與歷來關於地球磁場方向更精確的資訊結合起來，然後這些資料組就可一併置入已知地球磁場如何運作的模型，以萃取出一幅全球磁場強度的圖像。

為了取得磁場方向的資訊，研究員們搜查航行日誌。數百年前的水手利用對太陽與眾星的觀察來決定「正北」，然後根據羅盤所示，記錄它與「磁北」的差異。服務於美國麻州哈佛大學，與古賓斯及其同事傑克森 (Andy Jackson) 共同研究，一九八○年代晚期在英國里茲編纂這些歷史記錄的布洛克斯漢 (Jeremy Bloxham) 說，這些測量的精準程度令人非常驚訝。

指南針

歷史重制

布洛克斯漢注意到，水手會將測量做到最接近的度數，以製成相對精確的記錄。但在他們的原稿中時常有系統性的錯誤，肇因於水手們並不總是確知他們身處何處，至少在十八世紀發展出確認經度的可靠方法之前是如此。關於這一點，研究員耗費了二十多年的時間，嘗試整理水手所做的資料。

這段漫長的過程如今揭露出長久以來我們地球磁場的一幅詳細圖像。這遠遠不像傳統環繞著條形磁鐵的磁場那般簡單。磁力線並不單單從地球兩極發出，相反地磁場錯綜複雜，還有含有「逆磁流」的區域，在這些區域，磁力線反其道而行。里茲的研究員表示，過去四個世紀中，這些區塊不斷更動；他們說如今在南半球顯而易見的那些逆磁流點，一八四○年之前幾乎完全不存在。

他們表示，看來似乎在十九世紀地球核心發生了什麼變化，造成地球磁場的改變。研究團隊建議，下一步應該要針對其他時期，地球磁場變化率有所改變的歷史記錄進行檢視，以更加了解是什麼造成了這些轉變。

古老船隻