大气发光现象竟与磁场异常有关

视觉中国供图

　　地球的宜居环境不是与生俱来的。在地球系统46亿年的演化进程中，正是偶极磁场的出现改变了地球环境演化的进程，它与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的地球。

　　同样，地球磁场如果发生异常，也会对地球的生物圈造成巨大的冲击，乃至毁灭。例如磁场倒转时，地球系统就会失去地磁保护，进而可能造成生物大灭绝。

　　地球磁场异常会产生红色赤道极光

　　通常情况下，地球磁场是稳定的，但当地球内部结构和动力学发生变化时，地球表面就会出现磁场异常区。当前，全球地磁场的最显著异常区是南大西洋异常区（SouthAtlanticAnomaly，SAA）。这是一个磁场强度显著低于偶极磁场的区域，即负地磁异常区，也是目前唯一的负地磁异常区，这导致范艾伦辐射带的高能粒子穿透大气层更深。在这个区域内，沉降的高能粒子可以在夜空中产生一种异于传统红色大气气辉的红色赤道极光。

　　最近的地磁场重建模型揭示了很多关于SAA演化的细节，例如，研究可以将地表2800公里以下的液态铁核的运动与近地空间环境动力学联系起来。但我们一定会很好奇，地球历史上，是不是曾经有过其他类似SAA的低磁场区域？

　　时光如驹，不留痕迹。磁场也是如此，它会将自己隐藏起来，隐藏于带有磁性的岩石里、陶瓷中，也可以隐藏于古代人类记录中。利用古代航海数据建立的全球地磁模型曾首次展示了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（WestPacificAnomaly，WPA）。遗憾的是模型不可避免需要进行时间、空间上的平滑处理，短时间尺度上的变化信息，我们无法获知。

　　古籍中现赤道极光记载

　　幸运的是，中国科学院地质与地球物理研究所的魏勇研究员团队，偶然间发现古朝鲜的大量官方日记里竟然隐藏着地磁场的秘密。特别是在16—18世纪，古朝鲜持续、详细地记载了君王活动、国家事务、天气、天象等信息。在天象记录中，有一种被频繁记录的夜间大气发光现象——“有气如火光”，绝大部分位于朝鲜半岛南方，其肉眼可见性和动态变化性表明，“有气如火光”是赤道极光，由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降而产生。

　　古朝鲜记录使用的是汉字，通过古籍中的大气异常现象，可以获取WPA演化的线索。魏勇团队发现了这条线索后，兴奋不已。他们对古籍进行了系统的整理，共发掘出公元1012—1811年期间的2013条极光记录，并于2020年出版了专著《古代朝鲜极光年表》。随后，他们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。

　　研究结果首次清晰地展示了赤道极光与WPA的联系，换句话说，地球的内部与空间具有协同演变的紧密联系，内部影响空间，而空间反映内部。这一发现对于理解当今SAA的演化和地磁场的整体变化具有重要的指示作用。过去几十年以来，SAA强度一直在持续减弱，范围在不断扩大，未来是否会发生下一次地磁倒转不得而知。这一研究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。

　　未来，我们应加强在我国南海、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。

　　古代是现代的钥匙，未来，我们还应该加强从古籍文献中发掘科学信息，为我们探知地球的过去打开一扇大门，也为我们预测地球的未来奠定可靠的基础。

　　（据微信公众号“中科院之声”）