地球磁盾正在发生剧烈变化。欧空局Swarm卫星的最新数据显示，南大西洋异常区——地球磁场中一个巨大的薄弱点——自2014年以来已扩大了近半个欧洲大陆的面积。更引人注目的是，非洲西南部上空的区域近年来的磁场减弱速度进一步加快，这表明地球液态外核深处正在发生异常活动。
地球磁场在使地球适宜居住方面发挥着关键作用。它充当着一个保护屏障，为我们阻挡来自太阳的有害宇宙辐射和带电粒子流。
地球如何产生其磁场
磁场产生于地球深处。在地表下约3000公里处，一个由翻滚搅动的熔融铁水构成的广阔海洋充满了外核。当这种导电物质运动时，会产生电流。这些电流创造了环绕地球、不断变化的电磁场。虽然可以粗略地将其比作自行车发电机中旋转导体的运动，但驱动磁场的真实过程要复杂得多。
"蜂群"是欧空局地球观测未来计划下开发的一项地球探测者任务。它由三颗相同的卫星组成，测量源自地球内核、地幔、地壳和海洋的磁信号，以及来自电离层和磁层的贡献。
这些详细的观测帮助科学家区分不同的磁源，并更好地理解为什么磁场在某些区域减弱而在其他区域增强。
南大西洋异常区为何重要
南大西洋异常区于19世纪在南美洲东南部首次被发现。如今，由于其对于太空安全的影响，该区域受到密切监测。穿过该区域的卫星会暴露在更高水平的辐射下，增加了技术故障、硬件损坏甚至临时停运的风险。
发表在《地球物理学与行星内部物理学》上的新发现表明，该异常区在2014年至2025年间持续扩大。然而，自2020年以来，大西洋西南部非洲附近的一个区域经历了更快速的磁场减弱。
"南大西洋异常区并非一个单一的整体，"主要作者、丹麦技术大学地磁学教授克里斯·芬利说。"它向非洲方向的变化与南美洲附近不同。这个区域正在发生一些特殊的情况，导致磁场以更剧烈的方式减弱。"
反向通量斑块与地核动力学
科学家将这种不寻常的行为与地球液态外核和固态地幔边界处的磁场模式联系起来。这些被称为反向通量斑块的特征，代表了磁场行为异常的区域。
芬利教授解释说："通常我们期望看到磁感线从南半球的地核中穿出。但在南大西洋异常区下方，我们看到了意想不到的区域，那里的磁场不是从地核中穿出，而是返回地核。多亏了'蜂群'的数据，我们可以看到其中一个区域正在向西移动，越过非洲，这导致了该地区南大西洋异常区的减弱。"
"蜂群"创下新的磁场记录
最新的磁场模型标志着"蜂群"任务的一个重要里程碑。该任务现在拥有基于空间的、连续时间最长的地球磁场记录。
"蜂群"卫星于2013年11月22日发射，是第四项地球探测者任务，旨在测试先进的地球观测技术。它们已经超过了设计寿命，并成为维持长期磁场记录、支持运营服务和指导未来卫星任务的关键。
"蜂群"的测量数据构成了全球磁场模型的基础，这些模型用于导航、追踪空间天气灾害以及研究从地球深部到高层大气的整个系统。
西伯利亚上空的磁场强度增强
新的结果还突显了地球磁场的动态特性。在南半球，有一个区域磁场特别强。在北半球，有两个这样的区域，一个靠近加拿大，另一个在西伯利亚上空。
"当你试图理解地球磁场时，重要的是要记住它不仅仅是一个简单的偶极子，就像条形磁铁一样。只有通过像'蜂群'这样的卫星，我们才能完整地描绘出这种结构并看到它的变化，"芬利教授说。
自"蜂群"开始运行以来，西伯利亚上空的磁场增强了，而加拿大上空的磁场减弱了。加拿大上空的强磁区域面积缩小了地球表面积的0.65%，大约相当于印度的面积。相比之下，西伯利亚的强磁区域面积扩大了地球表面积的0.42%，大约相当于格陵兰岛的面积。
这些变化是由地球动荡地核中的复杂活动驱动的，并且与近年来北磁极逐渐向西伯利亚移动有关。这种持续的移动影响着导航系统，而导航系统依赖于这些强磁区域之间的平衡。
欧空局"蜂群"任务经理安雅·斯特罗姆说："得益于'蜂群'延长的时序数据，能够看到我们动态地球的全貌，真是太棒了。这些卫星都很健康，并提供着卓越的数据，所以我们有望将这一记录延长到2030年之后，届时太阳活动极小期将让我们能够以前所未有的方式更深入地了解我们的星球。"