神秘“磁場空洞”擴張至近半個歐洲大 地核深處正在發生什么？

長期軌道觀測顯示，地球磁場正在以比預期更快且更不均勻的方式發生變化，其背后驅動力來自地核深處高度動態的熔融鐵流動。 歐洲航天局（ESA）“Swarm”磁場探測星座最新結果指出，自2014年以來，位于南大西洋上空的地磁弱區——“南大西洋異常區”（South Atlantic Anomaly）面積持續膨脹，如今新增區域已接近歐洲大陸面積的一半。

地球磁場是維護生命環境的關鍵屏障，可抵御來自太陽的高能帶電粒子與宇宙射線，任何區域性的明顯減弱都將直接影響空間技術安全。 最新研究顯示，自2020年起，南大西洋異常區在非洲西南方大西洋一帶出現更劇烈的減弱趨勢，使該地區成為衛星任務的高風險走廊。 穿越這一弱區的衛星更易遭受輻射沖擊，引發儀器故障、元器件損傷甚至短暫“失明”，迫使運營方必須在軌道規劃、姿態控制和數據管理上采用更為保守的策略。

產生這一異常現象的根源，指向地核與地幔交界面上復雜的磁結構，被稱為“反向磁通斑塊”（reverse flux patches）。 研究負責人、丹麥技術大學地磁學教授Chris Finlay指出：在正常情況下，南半球地磁力線應自地核向外發出，但在南大西洋異常區下方，卻觀測到磁力線反向“鉆回”地核的異常區域。 借助Swarm高精度數據，科學家首次清晰追蹤到其中一個反向磁通斑塊正沿非洲下方向西漂移，直接驅動該區域磁場持續削弱。

Swarm作為ESA“FutureEO”地球觀測計劃下的“地球探路者”任務之一，由三顆幾乎完全相同的衛星組成，可同時精細測量來自地核、地幔、地殼、海洋以及電離層和磁層的多源磁信號。 自2013年11月發射以來，Swarm已經連續運行超過11年，構建了迄今時間跨度最長、精度最高的一套空間磁場觀測記錄，為全球導航模型、空間天氣預警以及深部地球動力學研究提供了關鍵數據基礎。

發表在《Physics of the Earth and Planetary Interiors》的最新成果顯示，2014—2025年間南大西洋異常區持續擴張，并呈現出向非洲方向“加速減弱”、向南美方向相對“溫和演化”的空間差異。 這一“非對稱”演化模式意味著，傳統將異常區視為單一整體的簡化描述已經不再適用，未來磁場預測模型需要引入更精細的區域化參數。

Swarm數據還揭示了一個宏觀層面的地磁“重心轉移”：在南半球存在一個磁場強度高點，而在北半球則有兩個，一個位于加拿大上空，另一個位于西伯利亞上空。 自Swarm在軌運行以來，加拿大上空的強磁場區持續減弱、面積縮水約占地球表面積的0.65%，接近印度國土大小；而西伯利亞強磁場區則逆勢增強，面積擴展了約0.42%，相當于一個格陵蘭。

這一南弱北遷的格局，被認為與近年“北磁極加速向西伯利亞漂移”的現象密切相關，對全球導航與定位系統的坐標基準提出新挑戰。 從航空航海到智能手機導航，所有依賴地磁模型的系統，都必須更頻繁地更新磁場參考參數，以應對這一“強場雙極之間的拉鋸戰”。

ESA表示，當前三顆Swarm衛星狀態良好，任務團隊計劃將觀測時間線進一步延長至2030年以后，尤其是利用下一次太陽活動極小期的“低噪聲窗口”深入刻畫地核磁場演化細節。 隨著時間序列拉長，科學家有望更準確地回答一個備受關注的問題：南大西洋異常區究竟只是短期波動疊加的產物，還是正在醞釀更大尺度地磁重構的前奏。

編譯自/scitechdaily