地球的磁场屏蔽了地球上的生命，但它可以移动甚至翻转

地球磁场在保护人们免受可能影响卫星通信和电网运行的危险辐射和地磁活动方面发挥着重要作用。它移动了。

几个世纪以来，科学家们一直在研究和跟踪磁极的运动。这些磁极的历史运动表明地球磁场的全球几何形状发生了变化。它甚至可能预示着磁场反转的开始——南北磁极之间的“翻转”。

我是一名物理学家，研究行星和空间之间的相互作用。虽然北极移动一点点没什么大不了的，但逆转可能会对地球的气候和我们的现代技术产生重大影响。但这些逆转不会立即发生。相反，它们发生在数千年的时间里。

磁场产生

那么，像地球周围的磁场是如何产生的呢？

磁场是由移动的电荷产生的。一种使电荷易于在其中移动的材料称为导体。金属是导体的一个例子——人们用它来将电流从一个地方传递到另一个地方。电流本身只是负电荷，称为穿过金属的电子。该电流产生磁场。

在地球的液态铁核中可以找到导电材料层。电荷电流在整个核心中移动，液态铁也在核心中移动和循环。这些运动会产生磁场。

地球并不是唯一有磁场的行星——像木星这样的气态巨行星有一个导电金属氢层，可以产生它们的磁场。

这些导电层在行星内部的运动导致两种类型的场。较大的运动，例如与行星的大规模旋转，会导致具有北极和南极的对称磁场 - 类似于玩具磁铁。

由于局部湍流或不遵循大尺度模式的较小流动，这些导电层可能具有一些局部不规则运动。这些不规则性将表现为行星磁场中的一些小异常，或者磁场偏离完美偶极子场的地方。

磁场中的这些小尺度偏差实际上会导致大尺度磁场随时间的变化，甚至可能完全逆转偶极子场的极性，其中北变成南，反之亦然。磁场上的“北”和“南”指的是它们的相反极性——它们与地理上的北方和南方无关。

地球的磁层，一个保护性气泡

地球磁场在大气层最上层（电离层）上方产生一个磁性“气泡”，称为磁层。

磁层在保护人类方面发挥着重要作用。它屏蔽和偏转破坏性的高能宇宙射线辐射，这些辐射是在恒星爆炸中产生的，并在宇宙中不断移动。磁层还与太阳风相互作用，太阳风是从太阳发出的磁化气体流。

磁层和电离层与磁化太阳风的相互作用创造了科学家所说的太空天气。通常，太阳风是温和的，几乎没有太空天气。

然而，有时太阳会向太空中释放称为日冕物质抛射的大磁化气体云。如果这些日冕物质抛射到达地球，它们与磁层的相互作用会产生地磁暴。地磁暴可以产生极光，当一股带电粒子流撞击大气层并点亮时，就会发生极光。

在太空天气事件期间，地球附近有更多危险的辐射。这种辐射可能会对卫星和宇航员造成伤害。太空天气还会使大型导电系统（如主要管道和电网）中的电流过载而损坏这些系统。

空间天气事件还会扰乱许多人所依赖的卫星通信和GPS操作。

字段翻转

科学家们使用对磁场方向和大小的局部测量以及最近的模型来绘制和跟踪地球磁场的整体形状和方向。

自 1831 年首次测量以来，北磁极的位置已经移动了大约 600 英里（965 公里）。近年来，迁移速度从每年 10 英里增加到每年 34 英里（16 公里到 54 公里）。这种加速可能预示着磁场逆转的开始，但科学家们真的无法用不到200年的数据来判断。

地球磁场在 100,000 到 1,000,000 年之间的时间尺度上反转。科学家可以通过观察海洋中的火山岩来判断磁场反转的频率。

这些岩石在形成时捕捉到了地球磁场的方向和强度，因此对这些岩石进行年代测定可以很好地了解地球磁场如何随时间演变。

从地质学的角度来看，油田反转发生得很快，但从人类的角度来看却很慢。逆转通常需要几千年的时间，但在这段时间里，磁层的方向可能会发生变化，并使地球更多地暴露在宇宙辐射下。这些事件可能会改变大气中臭氧的浓度。

科学家们无法自信地判断下一次磁场反转何时会发生，但我们可以继续绘制和跟踪地球磁北的运动。