转自：中国科学报

火星，这个地球的“孪生兄弟”，一样拥有南北极、高山峡谷、四季分明，但这颗红色星球却因磁场的缺失和大气的逃逸而变得荒凉死寂。

近日，有网文报道称，过去百余年地球磁场强度下降了9%。尤其在南大西洋异常区衰减更明显，这片从非洲到南美的区域磁场比别处弱30%，卫星经过时常受干扰。若以此推论，全球磁场1600年后可能归零，地球将变成和火星一样的荒凉天地。

地球磁场是否正在快速下降？1600年后地磁场会归零“变成火星”吗？地磁场还能存在多少年？《中国科学报》就此专访了行星物理学者、中国科学院地质与地球物理研究所研究员戎昭金。

“衰退”的地磁场

《中国科学报》：“地球磁场强度下降了9%”，是真的吗？

戎昭金：确实如此。实际上，早在400多年前的大航海时期，通过航海家们的罗盘航磁测量，人们就已经发现地磁场强度在逐年下降。近年来，基于大量地面地磁台站记录和地磁卫星的测量都发现，当前的地磁强度与1900年相比，120年多来下降了约9%。所以，这个结论的可靠性和科学性是地球科学领域内比较认可和接受的。

《中国科学报》：地磁场强度下降的主要原因是什么？和火星磁场近乎消失的原理机制是一样的吗？

戎昭金：毫无疑问，地磁场强度下降9%的根本原因是位于地核的地磁发电机的动态变化引起的。这跟火星磁场的消失不是一回事，火星磁场的消失是因为火星内核的磁场发电机在大约37亿年前左右停止工作。而地磁场自产生30多亿年来从未停止过。

当前的地磁场下降更像是地磁发电机的正常动态变化所引起的，主导因素应为地磁发电机对流出现变化，导致系统中电流变弱，但这究竟是由哪些因素造成，还尚待进一步研究。

《中国科学报》：南大西洋异常区地磁强度衰减为什么比别的地方更大？

戎昭金：地磁场可近似看作由全球偶极磁场和局部非偶极磁场构成。偶极磁场近似为一个大磁铁，由位于地球深部约4000~5000公里的地磁发电机驱动，磁北极在地球南极附近，磁南极在地球北极附近。跟偶极场相比，那些局部较弱或较强的磁场区域则被称为磁异常区。这些区域通常被认为是由非偶极磁场成分造成的。

地球上存在有多个大尺度的磁异常区域，如西伯利亚、北美、南大西洋等。南大西洋磁异常之所以受到更多关注，是因为该区域的磁场强度比别的区域更弱，且区域面积也较大。该异常的产生和变化通常认为是由地球核幔边界处的对流引起的，但具体形成的真实物理机制目前还不清楚。

《中国科学报》：地磁异常对卫星会产生哪些影响？

戎昭金：在南大西洋磁异常区域，由于地磁较弱，外太空的高能粒子容易“沉降”进入。卫星经过时，这些沉降的高能粒子容易打坏其仪器部件；同时，高能粒子打到大气上，也会使大气温度升高、密度增大，使得卫星在通过该区域时阻力变大，进而缩短卫星的运行寿命，甚至可能导致卫星提前掉落。因此，在发射卫星或设计轨道时，如果任务涉及该区域，则要充分考虑这些影响。

?

1600年后“消磁”概率不大

《中国科学报》：面对正在衰减的地磁场，有人推理认为1600年后地磁场将会“归零”，带来世界末日。你对此如何看？

戎昭金：虽然地磁场从1900年至今下降了9%，但我比较乐观，不认为它会一直以这个速度衰减下去。地球历史上有过很多次地磁场大幅衰减，但最终都恢复了。

《中国科学报》：距离地球被“消磁”还有多远？

戎昭金：目前，人类对地磁场的认识还不够深刻，对于未来地磁场的变化趋势，学界还很难预测。

地球内部压强高、温度高，科学家目前靠钻探只能直接观测到地下十一二公里处的环境，而地磁发电机在地核四五千公里的深处，遥不可及。所以，只能通过地磁场观测、地震反演、理论计算和计算机模拟等多种手段进行综合分析。虽然现代计算机能模拟地核发电机的运行，并一定程度上能复现出地磁场的变化，但模拟参数往往又偏离实际的物理参数很多数量级。采用真实的物理参数，计算机模拟又难以稳定运行。地磁场的起源和变化是爱因斯坦100年前提出的问题，至今仍是物理学界的世纪难题，还有很多未知等待破解。

《中国科学报》：当前地磁场强度的下降意味着什么？

戎昭金：在地球演化的历史长河中，地磁场经常出现增强、减弱，甚至磁极倒转的变化现象。当地球偶极磁场减弱，非偶极磁场增强到一定程度，就有可能发生磁极倒转，即地磁南极和北极互换位置。目前，计算机模拟和一些观测结果都支持这种推测，但当前地磁场的减弱，最终是否会引发磁极倒转，仍不确定，也可能地磁场在减弱一段时期后会逐渐恢复强度。

?

世纪难题仍待攻克

《中国科学报》：地磁场监测为什么重要？

戎昭金：地磁场作为人类生存环境的基本物理场，它的作用十分广泛。例如，能阻挡外部太阳风高能带电粒子入侵，抑制地球大气的逃逸丢失，为鸽子、蝙蝠、海龟等许多生物提供导航。探测地磁场有助了解地下矿产结构与分布。在卫星导航失效时，地磁场还能为人类提供稳定的导航功能。它还会影响电离层等离子体频率，进而影响卫星通讯。可以说，地球内部或外部的任何扰动变化，都可以通过地磁场反映出来，从而为人类诊断地球内部和外太空的环境提供直接工具，所以加强地磁场研究很重要。

《中国科学报》：国际科学界围绕地磁场主要开展哪些研究？

戎昭金：目前的工作涉及方方面面，有地磁探矿、地磁漂移、磁极变化、地磁建模、地磁对空间环境以及对地球气候环境的影响，以及通过计算机模拟认识地磁场演化，还包括地磁场对生物蛋白、细菌、动物行为、人类健康等的效应和影响，等等。

在地磁监测方面，通过国际地磁学和高空大气学协会（IAGA）这一学术组织，国际科学界会综合各类地磁数据来源，每5年发布一版全球地磁参考模型（IGRF）。该模型综合了全球地磁台站和地磁卫星的数据，确定当前地磁场总体呈衰减趋势，只是不同年份的衰减速度会有所差异。

《中国科学报》：中国的地磁监测能力如何？

戎昭金：我国在地磁监测方面历史悠久，上海佘山地震台早在1874年就开始观测地磁，距今已有150余年的历史记录。目前，我国从空间卫星到地面基础设施都具备一定基础，如2018年发射的“张衡一号”地震电磁卫星，搭载的磁强计就可测量地磁场数据；2023年发射的“澳科一号”则是首颗利用低倾角轨道，监测赤道附近南大西洋异常区地磁场与空间环境的科学探测卫星。

在地面观测系统方面，我国的子午工程二期今年3月已通过验收，将在地磁、太阳风等日地空间环境监测方面发挥重要作用，这有助于我们获取自己的大规模地面台站监测数据，为我国科学家在该领域取得原创成果提供有力支撑。同时，子午工程二期将深化国际合作，特别是与西半球国家开展协同观测，例如通过与巴西等国的合作，联合布设地磁监测台站，构建全球空间环境监测网络，携手推动解决地磁场的起源和变化这一世纪难题。

《中国科学报》：下一步，地磁场研究还有哪些潜力可挖掘？

戎昭金：与上天、下海相比，入地更难。为深入了解地磁场的产生机制，国内外也有团队在尝试利用液体金属或盐水等导电介质来开展实验研究，但目前都还处于探索阶段，难度很大。

地磁场未来究竟会如何变化，还有很多未知等待我们去探索，因此需要进一步加强地磁场的监测，加大地磁场研究的投入。如建设更多的国际地磁台站，发展高性能的地磁探测仪，发射新一代的地磁监测卫星系统，发展新的地磁分析方法，建立更高时空精度的地磁模型，提高计算机对地磁场的模拟能力。

地磁场变化的时间尺度很大，所以我们在持续开展地磁场研究的同时，也应加大对行星磁场研究的力度。通过对多样本行星磁场的对比研究，来认识地磁场的起源和演化的物理规律。