迷你世界Laplace 图版 23 — 指南针

图版 23 · 地球

指南针指向哪里

指南针的针并不指向北极点。它顺着地球的磁场排好,而磁场的北极离北极点有几百公里远,而且一直在移动:这几十年里,它正从加拿大北部奔向西伯利亚。

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一根会转的小磁铁

指南针的针是一根小磁铁,架在一个尖尖的支点上,可以自由转动。地球本身也像一块巨大的磁铁,它的磁场遍布全球。小磁铁在磁场里会转动,直到和磁场排成一线。

轻轻碰一下指南针,针会摆过头,来回晃几下,最后又停回原来的方向。

指南针示意 · 点一下可以拨动它

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看不见的磁力线

如果能看见地球的磁场,它就像从南半球冒出、绕到北半球扎回去的一圈圈线。指南针的针总是顺着这些线摆放。

有趣的是,地球上吸引指南针“北极”的那一端,从磁铁的角度看其实是一个南极,只不过人们把它叫作磁北极。

03

磁北不是正北

磁北极和地理上的北极点不在同一个地方。所以在大多数地方,指南针指的方向和正北差一个角度,叫作磁偏角。

在有些地方,这个角度有一二十度,甚至更多。飞机、轮船和手机里的地图,都要用一份每五年更新一次的“世界磁场模型”来修正它。

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会走路的北极

1831 年,英国探险家詹姆斯·克拉克·罗斯在加拿大北部找到了磁北极。从那以后,它一直在移动。

几百年里,它每年最多挪十几公里;到了 2000 年前后,突然加速到每年 50 多公里,横穿北冰洋奔向西伯利亚。最近几年,它又慢了下来。

磁北极的位置 · 1590 至 2025 年 · NOAA

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地心深处的发电机

地球的磁场来自地下约 2,900 公里深的外核。那里是熔化的铁和镍,被热量搅动,又被地球自转带着打旋。流动的金属里有电流,像一台巨大的发电机,产生了磁场。

这些流动一直在变,磁场也就跟着变。在地球的历史上,磁场还曾多次整个翻转过来,最近一次大约在 78 万年前。

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你来试试

拖动年份,或让年份走起来,看磁北极这四百多年走过的路,以及它每年移动多快。

试一试磁北极哪几年走得最快?一年走多少公里?

模型省略了什么

画面里的磁力线画成了一块理想条形磁铁的样子;真实的地磁场不那么整齐,所以指南针并不精确地指向磁北极,而是顺着当地的磁场。磁北极 1900 年以前的位置来自根据历史航海记录重建的模型,越早越不确定。所以画面里磁力线汇聚的那一点(地磁极),和路径上标出的真实磁北极,相差一千多公里。

一个常见的误解

指南针并不指向北极点。它指向的是当地磁场的方向,大致朝着磁北极。在磁北极附近,地磁场几乎是竖直向下的,水平方向的拉力很弱,指南针几乎没法用来认北。

资料来源

  1. NOAA 国家环境信息中心:游移的地磁极
  2. NOAA:世界磁场模型
  3. 英国地质调查局:地球的磁场
  4. 英国地质调查局:地磁倒转
  5. 美国地质调查局:地磁计划

数据

North magnetic pole positions: NOAA National Centers for Environmental Information (gufm1 and IGRF field models). Elevation and seafloor (globe colors): Terrain Tiles on AWS Open Data; ETOPO1, NOAA; GMTED2010 and SRTM, USGS.

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