【穿越千年，古赤道极光揭示地磁异常演化】提起绚丽多彩的极光，人们就会想到南北极。鲜为人知的是，在地球赤道上也有可能看到极光。

这种现象很多时候与地球磁场异常有关。人们都知道地球有南北两个对称的磁极，不过，地球上还有一些少为人知的地磁异常区——高于或低于同纬度地区磁场强度的正异常区或负异常区。赤道极光就与地磁负异常有关。

先别对飞往赤道看极光感到欣喜，地磁异常也是地球南北磁极倒转的一个潜在“先兆”。地磁倒转会削弱对地球系统的保护，甚至造成生物大灭绝。

南大西洋异常区（SAA）是今天地球唯一的负地磁异常区，能否通过历史上类似的异常区，增进人们对这一动力学过程的理解？在日前发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）魏勇研究员带领的团队与英国利兹大学的合作团队利用一把“新钥匙”——千年古籍中记录的赤道极光，首次展示了地球内部与空间的协同演变。

“不安分”的地磁场

在地球系统46亿年演化进程中，磁场的出现和演化，与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的宜居地球。

“地磁场穿越厚达3000公里的地幔与地壳达到地表，并远远地延伸到太空中去。太空中的这一部分地磁场包裹的空间即‘磁层’，在靠近太阳的一侧能达到10个地球半径（地球半径为6371公里）那么远，而在远离太阳的一侧可能达到上千个地球半径。”论文第一作者、地质地球所研究员何飞向《中国科学报》解释。

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他表示，由于带电粒子遇到磁场后运动方向会发生偏转，巨大的磁层把地球包裹于其中，对地球生物圈产生了双重保护作用：避免外来的高能带电粒子入侵；减少大气层中的带电粒子逃逸。

地球磁场可以分为四大部分：主磁场、地壳异常磁场（也称岩石圈磁场）、外源变化场和地球内部感应磁场。这些磁场组份的物理起源和时空分布特征各不相同。现今主磁场——偶极磁场占地球磁场的97%。

在众多地球主磁场起源假说中，今天科学家们更认同“地核发电机”假说——地心外核中处于熔融状态的金属铁的持续对流过程。“如果说磁流体对流过程能够产生或增强磁场；那么磁扩散过程则恰好相反，它使磁场趋于均匀分布，并总是趋于衰减。这两个过程决定了偶极磁场的变化。”该项研究方案的设计者兼共同通讯作者、地质地球所研究员魏勇解释说。

图1：地磁场来自于地球内部这台发电机 地质地球所供图

他表示，如果外地核某些区域的流动因地幔运动状态和热力学状态的改变出现异常，不足以补偿磁扩散引起的衰减，在长时间积累下，该区域就会表现出磁场强度明显低于其他区域，即负磁异常区。一旦磁层变小了，对该区域的保护作用也会随之变小。

“除了负地磁异常区，地球磁场也存在正磁异常区。”他说，目前地球磁场的三个正磁异常区分别位于北美洲北部、西伯利亚，以及南极大陆与大洋洲之间的海洋。

不止如此，他指出，“发电机”过程的剧烈变化还可能导致全球性磁场减弱，或是磁偶极子减弱、磁多极子增强，甚至发生南北磁极的倒转。

“当南北磁极调换，导致地磁保护层消失，宇宙辐射就会直接穿越到大气层里，其中就包括致命的射线。”魏勇说。此外，候鸟南飞北迁要依靠地磁场进行全球定位，人类的导航、卫星系统不少都是根据磁极判断方向。“一旦颠倒，天上飞的、地上爬的各种交通工具，就会‘碰碰车’，给人类带来巨大麻烦。”

古籍中的那束光

磁场的起源和长期演化一直是地球系统科学关注的重点和难点。赤道极光为破解这一难题照亮了一束光。

“事实上，极光（aurora）的本意是曙光，与南北极并没有任何关系。”魏勇解释说，现代科学之父伽利略在1619年率先使用了“aurora borealis”一词来称呼北极光，其后又有人使用“aurora australis”称呼南极光，久而久之， 它就具有了“极光”之义。天空中的大气发光现象种类繁多，但空间物理学家对极光现象有明确的界定：由太空中的带电粒子轰击大气粒子而产生。

“极光是高层大气中的一种特殊发光现象。从广义来讲，所有高能粒子与中性大气碰撞激发的光辐射都可称为极光。”何飞也表示，传统认为极光只发生在南北两极环绕磁轴的椭圆环带中（又称极光卵），这主要取决于偶极磁场在南北两极汇聚形成的特殊漏斗状结构。

偶尔在极端空间天气事件期间，极光卵会扩展到中低纬度。不过，他表示，正常情况下，在低纬度区域，高能粒子很难跨域磁力线穿透高层大气，因此极少会观测到极光现象。

“但在负地磁异常区内，磁场强度比同纬度的其他地区至少低一半，保护作用被减弱，导致更多的内辐射带高能带电粒子进入高层大气，并通过碰撞激发类似极光的发光现象。”何飞说，科学家已经在SAA异常区观测到了红色的极光。

在2020年发表于《国家科学评论》的一项研究中，中科院院士万卫星与魏勇、何飞等系统总结了以SAA为代表的负地磁异常区高能带电粒子沉降特征、粒子碰撞发光现象和历史观测研究现状，在上世纪六七十年代空间物理研究的基础上重新聚焦赤道极光研究。

由于现今地球只有一个负地磁异常区，科学家希望通过历史上发生的其他负地磁异常区增进对地磁演化过程的理解。利用古代航海数据建立的全球地磁模型，他们认为16-18世纪期间，西太平洋地区存在明显的负地磁异常，即西太平洋地磁异常区（WPA）。有趣的是，研究表明正如SAA位于非洲低剪切速度地幔异常体（LLVP）的西边缘，WPA在地理上位于太平洋LLVP的西边缘，这表明WPA也可能像SAA一样，是由地幔驱动的特征。

“除了从地球内部寻找WPA的证据外，大气异常现象提供了获取WPA演化线索的另一个路径。”魏勇说，在WPA的北方，古代中国、朝鲜和日本保存了大量的历史古籍，特别是在16-18世纪古朝鲜大量官方日记持续且详细地记载了天气、天象等信息。其中一种夜间大气发光现象——“有气如火光”被频繁记录。

图2：朝鲜半岛观察赤道极光示意图 地质地球所供图
图3：古朝鲜极光记录 地质地球所

对此，魏勇认为这正是由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降产生的赤道极光。他带领团队对朝鲜古籍进行了系统的整理，共发掘出公元1012-1811年800年间的2013条极光记录。

这些赤道极光与WPA存在怎样的联系？它能够告诉人们关于WPA的哪些演化特征？魏勇、何飞和地质地球所研究员朱日祥院士联合英国利兹大学教授菲利普·利弗莫尔（Philip Livermore）团队，开展了赤道极光和地球发电机模拟的交叉研究工作，揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征。研究表明太平洋和朝鲜半岛下部的上升流可能是引起磁场震荡的关键：大约每100年发生一次，每一次之后都有下降流或其他机制来重新增强磁场。

多位审稿人认为对这项予以高度评价，认为研究结果首次清晰地展示了地球内部与空间的协同演变，为今后相关区域考古磁学工作提出了新方向，也为当今SAA区域研究提供了新思路。“作者利用古代朝鲜的历史极光记录，为地球发电机提供了一个令人兴奋的新视角。”一位审稿人说。

破译历史 预测未来

科学研究表明，近数十年来，SAA的磁场还在持续减弱，范围也在不断移动和扩大，磁暴期间越来越频繁地观测到赤道极光，一些地方甚至肉眼可见。

那么，地球是否可能发生磁极倒转的情况？“如果全球性的磁场减弱持续发展，则有可能迎来下一次地磁倒转。”何飞对本报说，“但这只是推测，因为历史上地磁倒转的发生并没有固定的规律，每次磁极倒转需要的时间也是几千年不等。地球历史上已知的地磁倒转发生间隔在几十万年到上百万年不等，上一次倒转发生在78万年前。

科学家已经通过“蛛丝马迹”发现地磁倒转和地磁异常带来的影响。例如，美国卡耐基研究所的科学家在分析远古岩石中的磁场极性时发现，在距今6.5亿到10亿年之间，地球出现了多个磁极，导致地球磁场出现混乱。而恰巧在这段时间中，地球出现了雪球事件、寒武纪灭绝事件等与生命有关的重大自然事件。他们推测，磁场的混乱可能是导致这些事件发生的原因。

近日，利物浦大学的研究人员对苏格兰东部古熔岩流的岩石样本进行热微波古地磁分析后发现，在4.16亿至3.32亿年前，这些岩石中保存下来的地磁场强度不到今天的1/4。而科学研究表明泥盆纪-石炭纪（4.19亿~2.86亿年前）的大规模灭绝与较高的紫外线（UV-B）辐射有关。作者表示这说明了弱磁场对地球生命的影响。

由此可见，破译过去地磁场强度的变化具有重要意义，它可以提供数亿年来地球深部过程的变化，进一步丰富和完善地球发电机过程，并为未来地磁可能如何波动或倒转提供线索。

“我们的这项工作只是初步的，未来应加强在我国南海、东南亚地区、孟加拉湾地区的考古磁学和古地磁研究，丰富和完善公元1800年之前的地磁记录，为构建准确的WPA演化模型提供基础数据，从而也为预测地球磁场的未来演变提供坚实的依据。”何飞说。

“中华文明源远流长，我国的正史和地方志中保存着丰富的自然现象记录，是研究人类周围各种环境变量长期变化的宝贵资料，甚至经常是唯一资料。朝鲜半岛、日本、越南等国家的正史大部分使用汉语写作，内容和体例也有一大部分承袭自我国，因此也保留了许多具有重要科学价值的资料。我国学者应当发挥自身文化优势，投入到这一研究领域中来。”魏勇说。https://t.cn/A6Mh4zxY

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 西班牙国家队主帅路易斯-恩里克在与科索沃赛后接受了RTVE的采访我们看到您现在春风满面的，原因也不难猜：这个东西就像是分娩，然后事情出现了一些波折。这样的比赛往往非常费劲，九月也不是最理想的月份，一贯以来都是这样，球员并不处在踢球的状态里，而我们从一开始就很费劲。会在一些简单的传球上出现失误。我们之所以如此难熬，是因为我们给了对手机会。有一些机会我们是把握住了，但也不是那么明显的机会。总之，三分让我们给带走了。这个局势就是这么均衡，大家也看到了希腊和瑞典的比赛，这个情况会一直继续存在，希望11月的时候我们能有更好的状态。确实对手也有过一些明显的得分机会，但大部分其实都不是太明显，这其中有一些更多是因为西班牙的防守问题创造出来的：是的，他们经常发生这样的事。我一直都觉得，最不想犯错的人就是犯错的球员自己，球场情况很好，但是你也看到了，球在最好的条件下都弹不起来。这不是在找借口，你必须得适应场地。而在这种情况中，我们很难找到节奏。一方面我们自己没状态，另一方面对手防得也很好。很困难，我很难熬，但是这是必须的。另一场比赛（希腊2-1瑞典）的胜利也可以视作西班牙的胜利了，这让西班牙重新把主动权掌握在自己手上：是的，但是我们离晋级世界杯还差两场比赛。一场对阵希腊，一场则是主场对阵瑞典，而这并不是我们的囊中之物，我们都看到欧洲杯时候发生什么了，他们以小组第一晋级，我们第二。重新拿回晋级主动权和取得晋级资格是两码事。接下来就要看11月和他们的比赛怎么样了。他们还剩4场比赛要踢，希腊今天赢了以后也有机会做第二名。连赢两场比赛、三场或四场，是很难的。现在你对接下来的欧国联的阵容已经得出结论了吗？比如我们能看到，乌奈-西蒙现在绝对是一门了，费兰也是经常出场：肯定有结论，我们是持续不断地在做结论。我也没法向你们隐藏我的想法，但是公开站队某几个球员也不太好。你们都看到谁经常出现在大名单里，看他们能不能继续保持这个状态了，这个我是没有办法保证的。结婚我是已经和我老婆结过了，所以我不会再结的了。这也是我经常跟球员们说的。费兰和乌奈几乎是大名单常客，或者把“几乎”去掉。如果他们继续保持这个水准，那我们肯定愿意拥有最好的球员了。但我希望特别强调一下这支球队，这批球员，这些新加入的球员身上所展现出来的精神。他们为了同一个理由来到这里，尽管这里是国家队，但这看起来已经很接近一支俱乐部球队了，这也证明了事情在往正确的方向走。随后路易斯-恩里克出席了赛后的发布会首先开始提问的是科索沃记者，路易斯-恩里克也用英语进行回答对于比赛有什么看法，以及本场的对手科索沃踢得如何：我觉得比赛进程和我们计划的一样，对手试图进行高位逼抢。我觉得比赛很艰难，我们的传球不够精准，我们试图创造出更多的得分机会，但这很难，因为对手防守做得很好。他们很有组织性。最后我们终于靠福尔纳斯进球得分，那之后我们试图踢得轻松一些，但这很难，因为我们犯了很多错误。是否在比赛末段被科索沃方面可能扳平比分的一些机会给吓到了：是的，尤其是比赛的最后15分钟，当时我们的比分仅仅是1-0，而科索沃有一个机会去扳平比分。这种情况总是让人很难熬。我们想要解决这种情况，所以我们作出了一些换人来让球队能坚持住。而最后2-0的那球让我们大大地松了一口气。我们非常开心，而且也因为希腊vs瑞典那场比赛的结果对我们有利。现在情况又很不一样了，我们必须为下个月做好准备。然后进入西班牙记者提问环节对比赛的看法：科索沃踢得很直接，因为他们熟悉我们逼抢的方式，他们阻止了任何一脚可能导致丢球的关键传球。但如果你看了比赛剩下时间里他们的表现，你就会看到他们是一支敢于在后场控球的球队，落位非常好。今天他们决定更多地采用长传，他们在我们上一次交手时也是这么做的，因为他们了解自己这方面的潜力。如果要我说实话的话，上半场和下半场同样地让我心惊肉跳，因为我看到了很多的失误，这让我们踢得非常费劲。送出精准的传球，掌握好传球的力度，球场当然也有影响了，草皮是挺好的，但就是场地比较不规整，比较硬。比赛非常难，况且我们还遭受着对手高强度的逼抢。我们一直都很费劲，上下半场都是，实话说第二球真的让我们松了口气。然后比赛结束了，我们也得到了想要的结果。对手的机会：有过一些机会，我也和第四官员交流过，越位的规则就是，如果是明显越位，是允许这次进攻结束再吹，那就也算一次机会了。我们这边也有一些失误，得每个情况具体分析，我觉得我们这里没有什么地方是做错了的，但还是要重新回看比赛来分析。我觉得我们配得上赢球，我们掌控了比赛节奏，也赢得了明显的得分机会。足球里有什么事是公平的吗？你没有取得四连胜的话，最好的球队也要被质疑，何况是国家队？有国家队四场连赢了吗？没有。这就是均衡。现在我们要客场挑战希腊了，他们还有机会成为小组第二，他们还差4场比赛，而我们只剩2场了。这场比赛肯定会让我们脱层皮，赢瑞典也会很难，事实上我们最近也没赢过他们，尽管我们配得上赢球。所以暂时来说我们离安全还为时尚早。”上一场和这一场比赛，有没有一种感觉就是对手的球员都是靠个人能力，抓住了西班牙防守的问题创造出机会的：没有，我肯定得会看这场比赛，我可能也会犯错，但我对此深表怀疑。不仅如此，对手的大多数机会都是来自于长传，传给他们那个1米94的拉齐奥中锋，这种球永远都是非常难防的。我们尝试迫使对手从离球门尽可能远的地方发起进攻，把危险降到最低，但是有时候就是对手拿到球立马就能给你制造威胁。也出现了这么一些情况，就是我们败给了他们的逼抢，注意了，西班牙不是场上唯一在踢球的，他们也在踢呢。至于态度方面，我认为球队不存在这方面的问题。至于传球缺乏精准度的问题，我们教练肯定对这种事是非常火大的，但是球员肯定也想要把球传好，所以也只能接受这一点了。面对这个较为容易的对手，球队这次带来的这批球员在比赛中展现出来的却是比较脆弱：说实话，一届轻松的国家队，我们从来都没有过，周围发生的所有事，这次世预赛的悲观情绪等等，容易是一点都不容易。这个集体是一个非常优秀的集体，态度满分，渴望着去提高，对所有的有助于他们提高的意见都能听进去。调整变化，带6个、7个还是5个新球员，我组建国家队的想法和哲学没有变化。我们并不是最好的国家队，我们在前列，这个毫无疑问，但是现在没有最好的国家队这么一个说法，世界第一不是，第二不是，第三也不是，没有球队能够全部比赛都拿下。不然的话，我们真的有必要看看他们的比赛了。球队现在总体上是否让你更满意了：我确实是满意的，很显然我还是不太满意传球失误，肯定我们还有要提高的地方。但对于我还有我的球队来说，不容商量的一点就是态度、努力、牺牲精神以及提高自身的渴望。我可以说，在这方面，国家队的球员们从来没有让我失望。关于阿达玛-特拉奥雷，今天他从右路改去了左路：我做出了这个变化，因为我今年看了一些狼队的比赛。他绝大多数比赛踢的都是左路，有时往边路走，有时又是往中路游弋，我觉得他踢得很好。今天我让他踢左路，因为我觉得费兰在右路踢的是自己舒服的位置。但是当我们看到他有一两次的表现不太舒服以后，我们迅速做出了调整，好让他能用他的惯用脚。阿达玛是一个与众不同的球员，我们大多数的机会的发起都是通过站位，寻找空间还有对球的传导，根据时机来发起进攻。而阿达玛给我们提供的是不一样的东西，让我们无需对球进行传导，直接把球给他，让他进行一对一。显然他还有要提高的地方，球队在和他配合着这样踢的时候也会受影响。但他是一个非常有用的资源，今天他表现的很好，他是一个身体很强壮的球员，但是他的技术也很好。您刚刚在赛后采访提到，这场比赛感觉就像是在分娩，您也提到了在九月份国家队选人的困难程度：是的，毫无疑问。所以我刚上任的时候就说了，九月的国家队征召是最困难的，对于那些从各国联赛回来的球员们，对于像我们这样的国家，这由来已久了。这不代表我们在找借口，我们从来就不是要找借口。我们输给了瑞典，现在他们输了，没事了。但这个确实很难的，球员们没什么比赛的状态。希望十月份情况有所改善，到时我们面对的是另一个赛事，希望这能给我们提供另一个不同的视角。但是九月的国际比赛日避无可避，我们国家队必须要踢比赛。我们给了一些球员休息的机会，我们会视情况而定进行不同的计划。