在的地球上空有一個(gè)隱形的“保護(hù)罩”，它就是地球磁場，是由地心深處的熔融鐵核轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的巨大能量場。它像一個(gè)無形的護(hù)盾，為我們擋住了來自宇宙的有害射線，守護(hù)著地球上的生命。

地球磁場可以部分保護(hù)地球 免受來自太陽的有害帶電粒子的傷害 如同隱形的保護(hù)罩 圖片來源：NASA

50多年前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)地球磁場存在一個(gè)巨大的薄弱區(qū)域，如同地球磁場中的一個(gè)“大坑”，但在最近的觀測顯示，這個(gè)“大坑”范圍還在不斷擴(kuò)大。

地球磁場的“大坑”到底是什么？

地球磁場上的這一薄弱區(qū)域，比世界其他地區(qū)弱了30%~50%，弱化的速度也比其他地區(qū)快了10倍，因此被科學(xué)家們稱為“南大西洋異常區(qū)”（South Atlantic Anomaly）。

美國國家航空航天局（NASA）繪制的異?，F(xiàn)象地圖 圖片來源：NASA

它的具體位置在哪呢？其中心在南美洲與非洲之間的大西洋，范圍涵蓋了南美洲西南、非洲南端以及兩者之間的大西洋南部。

歐洲航天局（ESA）的“蜂群”（Swarm）衛(wèi)星星座一直在密切監(jiān)視著它。最新的數(shù)據(jù)顯示，自2014年以來，這個(gè)“大坑”的面積已經(jīng)擴(kuò)大了約半個(gè)歐洲大陸的大小，同時(shí)其磁場強(qiáng)度也在持續(xù)減弱。

這就好比是保護(hù)地球的“金鐘罩鐵布衫”上，突然有了一塊軟肋，而且這塊軟肋還越來越大。

那我們需要為此擔(dān)心嗎

首先，請放心，南大西洋地磁異常區(qū)域不會對地表上的生命構(gòu)成直接威脅。南大西洋地磁異常區(qū)域至少在20世紀(jì)60年代就已被發(fā)現(xiàn)，它在被人類察覺之前，就已默默存在很多年。目前沒有任何證據(jù)或者可靠的理論表明它會對地球表面的人類生活產(chǎn)生影響。

但是，對于高度依賴科技的現(xiàn)代文明來說，它的影響不容小覷，研究這些磁場異常還有其他意義。

首先是對人造衛(wèi)星的影響，當(dāng)衛(wèi)星飛越這個(gè)區(qū)域時(shí)，由于磁場保護(hù)減弱，它們更容易受到高能宇宙粒子的沖擊，可能導(dǎo)致“電荷積聚”，就像被靜電“電擊”一樣，從而引發(fā)故障甚至失靈。一些依賴地磁場進(jìn)行定位的導(dǎo)航系統(tǒng)，可能會在這里出現(xiàn)偏差。

對宇航員造成的風(fēng)險(xiǎn)也不可忽視?？臻g站和宇航員在經(jīng)過這里時(shí)，會暴露在更高劑量的輻射之下，增加了健康風(fēng)險(xiǎn)。

簡單來說，這個(gè)“大坑”就像是地球開在太空中的一個(gè)“百慕大三角”，讓所有從上空經(jīng)過的“高科技”都得捏一把汗。而了解磁場的變化可以揭示地球深處正在發(fā)生的事情，進(jìn)而可能幫助科學(xué)家建立更好的預(yù)測模型來緩解這些問題。

地球磁場的簡易模型。（ 圖片來源：NASA）

凹陷怎么產(chǎn)生的？

要回答這個(gè)問題，我們得潛入地心，簡單了解一下地球磁場。

目前，科學(xué)家認(rèn)為地球磁場起源于地核液態(tài)鐵的流動，這種流動由地球自轉(zhuǎn)、熱對流和科里奧利力共同驅(qū)動，形成類似"發(fā)電機(jī)"的機(jī)制。液態(tài)外核的流動切割地核磁場線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而形成自維持的磁場。 ?

正常情況下，地球磁場像一塊巨大的條形磁鐵，磁場線在南半球應(yīng)該從地核中“冒出來”。然而科學(xué)家通過“蜂群”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在南大西洋異常區(qū)下方的地核，行為非?！霸幃悺?。在這個(gè)異常區(qū)域，磁場線卻詭異地“鉆了回去”！

這是一種“磁通量反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?？茖W(xué)家推測，這可能與該區(qū)域下方地核外側(cè)，一個(gè)被稱為“非洲大型低剪切波速省”的巨大、神秘的超熱物質(zhì)團(tuán)有關(guān)。

你可以想象，這個(gè)巨大的熱物質(zhì)團(tuán)就像一塊大石頭，擾亂了地核內(nèi)部液態(tài)鐵的正常流動，從而在它上方的磁場中制造出了這個(gè)“凹陷”。

2014年（上）和2025年（下）異常的大小和強(qiáng)度 圖片來源：歐洲航天局

我們正見證地球的動態(tài)變化

“蜂群”衛(wèi)星的持續(xù)監(jiān)測，讓我們以前所未有的精度，看到了地球內(nèi)部的動態(tài)變化。我們發(fā)現(xiàn)，地球的磁場遠(yuǎn)非一成不變，它在以“年”為單位的時(shí)間尺度上發(fā)生著復(fù)雜的變化。

除了南大西洋異常區(qū)的擴(kuò)大，科學(xué)家還觀察到加拿大上空的磁場在輕微減弱，而西伯利亞上空則在增強(qiáng)。

這一切都表明，我們的腳下的地球，是一個(gè)充滿活力的、不斷演變的行星。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在科學(xué)家可以通過“蜂群”衛(wèi)星這樣的天眼在太空中時(shí)刻監(jiān)視著它。通過深入了解這些變化，科學(xué)家們可以建立更精準(zhǔn)的預(yù)測模型，更好地應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，保護(hù)人造衛(wèi)星和宇航員的安全。

目前，相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表于《地球與行星內(nèi)部物理學(xué)》（Physics of the Earth and Planetary Interiors）期刊上。

作者：劉允

審核專家：劉勇 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員、中國航天科普大使