長期軌道觀測顯示，地球磁場正在以比預(yù)期更快且更不均勻的方式發(fā)生變化，其背后驅(qū)動(dòng)力來自地核深處高度動(dòng)態(tài)的熔融鐵流動(dòng)。 歐洲航天局（ESA）“Swarm”磁場探測星座最新結(jié)果指出，自2014年以來，位于南大西洋上空的地磁弱區(qū)——“南大西洋異常區(qū)”（South Atlantic Anomaly）面積持續(xù)膨脹，如今新增區(qū)域已接近歐洲大陸面積的一半。

地球磁場是維護(hù)生命環(huán)境的關(guān)鍵屏障，可抵御來自太陽的高能帶電粒子與宇宙射線，任何區(qū)域性的明顯減弱都將直接影響空間技術(shù)安全。 最新研究顯示，自2020年起，南大西洋異常區(qū)在非洲西南方大西洋一帶出現(xiàn)更劇烈的減弱趨勢，使該地區(qū)成為衛(wèi)星任務(wù)的高風(fēng)險(xiǎn)走廊。 穿越這一弱區(qū)的衛(wèi)星更易遭受輻射沖擊，引發(fā)儀器故障、元器件損傷甚至短暫“失明”，迫使運(yùn)營方必須在軌道規(guī)劃、姿態(tài)控制和數(shù)據(jù)管理上采用更為保守的策略。

產(chǎn)生這一異常現(xiàn)象的根源，指向地核與地幔交界面上復(fù)雜的磁結(jié)構(gòu)，被稱為“反向磁通斑塊”（reverse flux patches）。 研究負(fù)責(zé)人、丹麥技術(shù)大學(xué)地磁學(xué)教授Chris Finlay指出：在正常情況下，南半球地磁力線應(yīng)自地核向外發(fā)出，但在南大西洋異常區(qū)下方，卻觀測到磁力線反向“鉆回”地核的異常區(qū)域。 借助Swarm高精度數(shù)據(jù)，科學(xué)家首次清晰追蹤到其中一個(gè)反向磁通斑塊正沿非洲下方向西漂移，直接驅(qū)動(dòng)該區(qū)域磁場持續(xù)削弱。

Swarm作為ESA“FutureEO”地球觀測計(jì)劃下的“地球探路者”任務(wù)之一，由三顆幾乎完全相同的衛(wèi)星組成，可同時(shí)精細(xì)測量來自地核、地幔、地殼、海洋以及電離層和磁層的多源磁信號(hào)。 自2013年11月發(fā)射以來，Swarm已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行超過11年，構(gòu)建了迄今時(shí)間跨度最長、精度最高的一套空間磁場觀測記錄，為全球?qū)Ш侥Ｐ汀⒖臻g天氣預(yù)警以及深部地球動(dòng)力學(xué)研究提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

發(fā)表在《Physics of the Earth and Planetary Interiors》的最新成果顯示，2014—2025年間南大西洋異常區(qū)持續(xù)擴(kuò)張，并呈現(xiàn)出向非洲方向“加速減弱”、向南美方向相對“溫和演化”的空間差異。 這一“非對稱”演化模式意味著，傳統(tǒng)將異常區(qū)視為單一整體的簡化描述已經(jīng)不再適用，未來磁場預(yù)測模型需要引入更精細(xì)的區(qū)域化參數(shù)。

Swarm數(shù)據(jù)還揭示了一個(gè)宏觀層面的地磁“重心轉(zhuǎn)移”：在南半球存在一個(gè)磁場強(qiáng)度高點(diǎn)，而在北半球則有兩個(gè)，一個(gè)位于加拿大上空，另一個(gè)位于西伯利亞上空。 自Swarm在軌運(yùn)行以來，加拿大上空的強(qiáng)磁場區(qū)持續(xù)減弱、面積縮水約占地球表面積的0.65%，接近印度國土大?。欢鞑麃啅?qiáng)磁場區(qū)則逆勢增強(qiáng)，面積擴(kuò)展了約0.42%，相當(dāng)于一個(gè)格陵蘭。

這一南弱北遷的格局，被認(rèn)為與近年“北磁極加速向西伯利亞漂移”的現(xiàn)象密切相關(guān)，對全球?qū)Ш脚c定位系統(tǒng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)提出新挑戰(zhàn)。 從航空航海到智能手機(jī)導(dǎo)航，所有依賴地磁模型的系統(tǒng)，都必須更頻繁地更新磁場參考參數(shù)，以應(yīng)對這一“強(qiáng)場雙極之間的拉鋸戰(zhàn)”。

ESA表示，當(dāng)前三顆Swarm衛(wèi)星狀態(tài)良好，任務(wù)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將觀測時(shí)間線進(jìn)一步延長至2030年以后，尤其是利用下一次太陽活動(dòng)極小期的“低噪聲窗口”深入刻畫地核磁場演化細(xì)節(jié)。 隨著時(shí)間序列拉長，科學(xué)家有望更準(zhǔn)確地回答一個(gè)備受關(guān)注的問題：南大西洋異常區(qū)究竟只是短期波動(dòng)疊加的產(chǎn)物，還是正在醞釀更大尺度地磁重構(gòu)的前奏。

編譯自/scitechdaily