磁北极vs地理北极--有趣的地球极移

shiyonghao · 发表于 2021-3-10 15:15

探险者指南针的故事
想像一下：您是正站在北极上的探险家，这是一段漫长的旅程，而且冰冷的寒冷。你拿出指南针，指南针上的指针指向哪个方向？答案可能不是您的想法。为了回答这个问题，您必须了解真正的地理北部和磁性北部之间的区别，因为这两个北部位置完全不同。
什么是地理（真实）北极？
地球是一个呈两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭圆球体，自西向东旋转。地球旋转轴心线北部的端点或者经线（子午线）在北方汇合的地方就是地理北极，北极和南极双生对视。

什么是磁北极？
地球是一大块磁铁。磁北极（也称为北极）是加拿大北部埃勒斯米尔岛上的一个点，地球北部的磁力线从这个点进入地球。指南针可自由放置在地球的外壳中在地球磁力线的作用下发生旋转，拔出指南针时，它会与地球磁场对齐。这意味着指南针会指向磁性北极-与地理北部不同。但是，磁北极与地理北极有什么区别？

磁北极和地理北极在哪里？
问题是：如果您站在真正的北极上，指南针会指向哪里？如果您拿着指南针站在地理北极，它将指向加拿大北部的埃尔斯米尔岛。地理北极和磁性北极之间相差约500公里！这种差异称为磁倾角。磁偏差是指指南针的误差，包括附近的金属物体。磁倾角根据您在地球上的位置而变化。为了使您指向正确的方向，用户可以使用磁偏角图或本地校准表来补偿磁倾角。今天的差距约为500公里。但是磁北极实际上每年都在移动数公里。这种现象被称为极移理论。

极移理论：地球不断变化的磁北极
我们赖以生存的地球是动态的，地球每天都在发生变化。板块构造将大陆分开，海平面上下波动，火山喷发灰烬和烟雾……这些是循环发生的自然现象的例子，并且在我们的星球上是动态的。我们磁北的位置确实没有什么不同。在过去的150年中，磁极向北爬行了1000多公里。科学家说它每年迁移约10公里，甚至可以从极到极翻转。最近，速度加快到每年约40公里，并可能在几十年内达到西伯利亚。NOAA的历史磁偏角图显示了恒定磁偏角线（等高线）。等距线表示指南针沿磁力线指向的方向。

极地反转：南极指向指南针
想象一下，您的指南针指向南方而不是北方。如果您能在80万年前看到它，那将是Magnetic South Pole。地球磁场翻转极性需要200,000至300,000年。极性反转意味着进入地球的吸引力线将从北向南翻转，反之亦然。这意味着自上次逆转以来的时间是原来的两倍。有些人认为我们早就应该进行极地逆转了。但是，实际上没有必要惊慌：美国宇航局的科学家说，这种逆转发生了数百或数千年。像轻弹一下开关一样，这并不是完全干净的后空翻。

为什么地球首先具有磁场？
地球物理学家认为，地球磁场的存在是因为地球由坚固的铁芯组成，铁芯周围是热的液态金属海洋，在地核中流动的液态金属会产生电流，进而产生我们的磁场。与固态冰箱磁铁不同，围绕内芯的液态金属自由移动。这解释了为什么磁极可以迁移。尽管地球物理学家无法直接测量内核，这就是为什么人们坚信控制地球磁场的物质会四处移动。

磁铁，圆规和北向轴承
地理北极与磁性北极相差约500公里。地理北极是经线汇聚成我们所说的北极的地方。磁极是加拿大北部的一个点，北极的吸引力线进入地球。罗盘针将指向磁北极的方向。但这并不意味着指南针总是指向地理北极。这种差异是磁倾角。地球的磁性北极每天都在变化，这是因为围绕着内芯的高温液态金属。它的变化很大，以至于地球磁场会翻转极性。这就是所谓的极地逆转理论。
磁偏角改正
磁偏角的存在对于一些高精度的定资定位和导航造成了麻烦，如：大型桥梁、深海钻井、导弹精确打击、飞机巡航等等。我们所用的地图是真北方向（如果是投影地图，还有投影北的投影差角：真北方位角，磁北方位角，坐标北方位角），但是测量仪器测量的数据却是磁北方向，由于磁偏角是不断变动的，磁偏角在各地有所不同，需使用精确仪器进行测定
现代磁偏角测量一般采用地磁经纬仪，其测量原理见，首先需要在实地勘选两个相互通视的点，组成观测基线，其中一点用于架设观测仪器，称为观测点，另外一点用于标定方向，称为方位点。测点勘选和标石埋设完成后，首先采用GNSS或者天文观测方法，测定观测基线的真方位角α，然后采用专门的磁偏角测量仪器测定观测基线的磁方位角，二者相减可得观测基线的磁偏角，即：

最后在测量仪器测量的数据上加上磁偏角改正，从而得到真北方向数值。
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