地球的宜居環(huán)境不是與生俱來(lái)的。在地球系統(tǒng)46億年的演化進(jìn)程中，正是偶極磁場(chǎng)的出現(xiàn)改變了地球環(huán)境演化的進(jìn)程，它與其他因素共同作用塑造了今天生機(jī)勃勃的地球。

同樣，地球磁場(chǎng)如果發(fā)生異常，也會(huì)對(duì)地球的生物圈造成巨大的沖擊，乃至毀滅。例如磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)時(shí)，地球系統(tǒng)就會(huì)失去地磁保護(hù)，進(jìn)而可能造成生物大滅絕。

地球磁場(chǎng)異常會(huì)產(chǎn)生紅色赤道極光

通常情況下，地球磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，但當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)發(fā)生變化時(shí)，地球表面就會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)異常區(qū)。當(dāng)前，全球地磁場(chǎng)的最顯著異常區(qū)是南大西洋異常區(qū)(South Atlantic Anomaly，SAA)。這是一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度顯著低于偶極磁場(chǎng)的區(qū)域，即負(fù)地磁異常區(qū)，也是目前唯一的負(fù)地磁異常區(qū)，這導(dǎo)致范艾倫輻射帶的高能粒子穿透大氣層更深。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，沉降的高能粒子可以在夜空中產(chǎn)生一種異于傳統(tǒng)紅色大氣氣輝的紅色赤道極光。

最近的地磁場(chǎng)重建模型揭示了很多關(guān)于SAA演化的細(xì)節(jié)，例如，研究可以將地表2800公里以下的液態(tài)鐵核的運(yùn)動(dòng)與近地空間環(huán)境動(dòng)力學(xué)聯(lián)系起來(lái)。但我們一定會(huì)很好奇，地球歷史上，是不是曾經(jīng)有過(guò)其他類似SAA的低磁場(chǎng)區(qū)域?

時(shí)光如駒，不留痕跡。磁場(chǎng)也是如此，它會(huì)將自己隱藏起來(lái)，隱藏于帶有磁性的巖石里、陶瓷中，也可以隱藏于古代人類記錄中。利用古代航海數(shù)據(jù)建立的全球地磁模型曾首次展示了16—18世紀(jì)期間，西太平洋地區(qū)存在明顯的負(fù)地磁異常，即西太平洋地磁異常區(qū)(West Pacific Anomaly，WPA)。遺憾的是模型不可避免需要進(jìn)行時(shí)間、空間上的平滑處理，短時(shí)間尺度上的變化信息，我們無(wú)法獲知。

古籍中現(xiàn)赤道極光記載

幸運(yùn)的是，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的魏勇研究員團(tuán)隊(duì)，偶然間發(fā)現(xiàn)古朝鮮的大量官方日記里竟然隱藏著地磁場(chǎng)的秘密。特別是在16—18世紀(jì)，古朝鮮持續(xù)、詳細(xì)地記載了君王活動(dòng)、國(guó)家事務(wù)、天氣、天象等信息。在天象記錄中，有一種被頻繁記錄的夜間大氣發(fā)光現(xiàn)象——“有氣如火光”，絕大部分位于朝鮮半島南方，其肉眼可見(jiàn)性和動(dòng)態(tài)變化性表明，“有氣如火光”是赤道極光，由朝鮮半島南方的負(fù)磁場(chǎng)異常引起的高能粒子沉降而產(chǎn)生。

古朝鮮記錄使用的是漢字，通過(guò)古籍中的大氣異常現(xiàn)象，可以獲取WPA演化的線索。魏勇團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這條線索后，興奮不已。他們對(duì)古籍進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，共發(fā)掘出公元1012—1811年期間的2013條極光記錄，并于2020年出版了專著《古代朝鮮極光年表》。隨后，他們開(kāi)展了赤道極光和地球發(fā)電機(jī)模擬的交叉研究工作，揭示出WPA百年時(shí)間尺度的震蕩特征。

研究結(jié)果首次清晰地展示了赤道極光與WPA的聯(lián)系，換句話說(shuō)，地球的內(nèi)部與空間具有協(xié)同演變的緊密聯(lián)系，內(nèi)部影響空間，而空間反映內(nèi)部。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解當(dāng)今SAA的演化和地磁場(chǎng)的整體變化具有重要的指示作用。過(guò)去幾十年以來(lái)，SAA強(qiáng)度一直在持續(xù)減弱，范圍在不斷擴(kuò)大，未來(lái)是否會(huì)發(fā)生下一次地磁倒轉(zhuǎn)不得而知。這一研究為今后相關(guān)區(qū)域考古磁學(xué)工作提出了新方向，也為當(dāng)今SAA區(qū)域研究提供了新思路。

未來(lái)，我們應(yīng)加強(qiáng)在我國(guó)南海、東南亞地區(qū)、孟加拉灣地區(qū)的考古磁學(xué)和古地磁研究，豐富和完善1800年之前的地磁記錄，為構(gòu)建準(zhǔn)確的WPA演化模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而也為預(yù)測(cè)地球磁場(chǎng)的未來(lái)演變提供堅(jiān)實(shí)的依據(jù)。

古代是現(xiàn)代的鑰匙，未來(lái)，我們還應(yīng)該加強(qiáng)從古籍文獻(xiàn)中發(fā)掘科學(xué)信息，為我們探知地球的過(guò)去打開(kāi)一扇大門(mén)，也為我們預(yù)測(cè)地球的未來(lái)奠定可靠的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 磁場(chǎng) 地球 環(huán)境 大氣