【菜科解读】

国际地磁场模型

来历：科技日报

地球出了点怪事。

因地核内液态铁的运动，地球北磁极由加拿大不断向西伯利亚偏移，最近它越过了国际日期变更线。

北磁极的快速移动迫使科学家不得不紧迫更新国际地磁场模型（World Magnetic Model，WMM），近来，新模型现已更新完结。

事实上，这一模型本该到2019年末才更新。

国际地磁场模型并非国际干流

所谓国际地磁场模型，是描绘地球主磁场及其长时刻改变的全球地磁场模型。

它由美国国家地球物理数据中心（NGDC）和英国地质调查局（BGS）联合研发，首要为美国国防部、英国国防部、北大西洋公约安排以及国际海道丈量安排供给导航及定向效劳，一起在民用导航定位体系和航向姿势丈量体系中也有着广泛使用。

依照场源的不同，地球磁场包含主磁场、地壳场、外部改变磁场及其在地球内部发作的感应场。

各种场源对地球磁场的奉献也有所不同，其间主磁场占总磁场的95%以上，地壳场约占4%，外源场及其感应磁场只占总磁场的1%。

国际地磁场模型的描绘方针就是主磁场。

我国地震局地球物理研究所副研究员赵旭东通知科技日报记者。

为了描绘地磁场的时空改变，自上世纪60年代起，国际各地的科学家和安排连续发布了自己的地磁场模型。

国际上通用的地磁场模型是国际参阅地磁场（IGRF），由国际地磁与高空物理联合会（IAGA）建立专门工作组安排编制，从1969年推出的第一代国际参阅地磁场到现在，现已推出了十二代国际参阅地磁场。

国际地磁与高空物理联合会在每届新模型发布之前会搜集各区域、安排和研究者各自的模型，然后按必定权重集成发布。

而国际地磁场模型仅仅国际参阅地磁场的候选模型之一。

我国地震局地球物理研究所副研究员焦立果表明。

据了解，第一代国际地磁场模型从1990年开端发布，每5年更新一次，最新版别的国际地磁模型，是在2014年12月发布的2015版（WMM2015）。

原本科学家们估计，这个版别的模型运用到2020年是没有问题的。

可是，这却是一个生不逢辰的版别。

2015版模型投入运用一年之后，坐落南美洲下面的地磁场就呈现了一次地磁脉冲，让地磁场发作了科学家始料未及的改变，也让原本打算运用5年的模型，在一年后就差错猛增。

与此一起，这两年的地磁北极加速移动，更是让2015版模型的精确度大幅下降。

2018年9月，科学家们发布了第二版的2015版模型（WMM2015v2）。

及时更新对一切导航体系至关重要

事实上，地磁极与地舆极挨近但不重合，这导致磁力线同子午线之间存在着必定的夹角，被称为磁偏角。

古人很早就认识到了磁偏角的存在，比方宋代的沈括在《梦溪笔谈》中就曾说到。

依据地磁场模型，可以事前计算好恣意空间方位的磁偏角；

然后依据实测磁偏角，即可进行地磁定位及导航。

结合地磁场其他重量，可以得到更为精确的定位信息。

地磁图对导航十分重要，是现代导航的根底。

GPS体系只能供给方位信息，无法断定方向，方向是由磁场（即地磁图）来断定的。

因而地磁图不及时更新的话，会影响到一切的导航体系，特别是在极区北极圈以内。

焦立果说道。

他表明，比较国际参阅地磁场，国际地磁场模型的空间分辨率略低，可是部分我国学者对两个模型比照剖析后发现，国际地磁场模型在我国具有更高的精度。

人们在导航时一般选用国际地磁场模型。

赵旭东表明，精细地磁导航首要使用的是地壳磁场信息，地壳磁场最大的特点是空间结构极端杂乱，而在时刻上却十分安稳。

取得地壳磁场信息就需求剥离掉其他场源的地磁场信息，而占总磁场95%以上的地球主磁场信息就是首先要剥离掉的部分。

因而，地球主磁场信息的精确性关于地壳磁场信息的取得至关重要。

在焦立果看来，精确的地磁导航取决于精确的地磁模型，以及对地磁改变的精确猜测和及时校对。

假如科学家无法及时更新一个关于导航体系来说十分重要的地球磁场模型，全国际的一切手机导航都会面对不精确的危险。

此外，除了船舶定向、手机定向和导航以外，地磁场模型在矿产资源勘探、地震火山监测预警、水下方针勘探、卫星规划和运转、电网运转以及军事国防等范畴都有重要使用。

比方，在石油工业的定向钻井中，就会用到地磁偏角找正北方向，可以有用防止其他定向设备在钻井进程中因为高温高压而呈现误差，进步了钻井定向的精确度。

批改周期或许会越来越短

实际上，地磁场包含地磁极和磁力线等一向处于非线性运动改变之中。

早在1831年，英国探险家詹姆斯克拉克罗斯就注意到地磁极在加拿大北极圈内难以猜测的运动。

1904年，北磁极（地磁南极）开端以每年大约15千米的速度向东北方向移动，但在1990年代，极移速度俄然加速，由之前的每年约15千米增加到每年55千米。

自1900年开端，北磁极从北纬70的加拿大，一向向北移动；

现在，磁极现已越来越接近地舆北极。

那么，终究为什么北磁极的移动速度会越来越快呢？

焦立果表明，关于近来的快速极移，学术界现在有两种观念：一是来自地核深部的快速磁流体波；

另一种是来自加拿大下方地核内的液态铁水的高速射流。

后一种思路以为，在加拿大和西伯利亚区域别离存在一个磁场会集的磁斑区，两个磁斑区的竞赛导致了磁极的移动。

加拿大下方的高速射流导致该区域磁场削弱，在磁极竞赛中输给了西伯利亚，然后导致磁极向西伯利亚方向移动。

赵旭东也持有相似的观念，他表明，现在普遍以为地球主磁场发作于地球内部的地核磁流体发电机进程。

因为地核具有液态的外核和固态的内核，在温度和密度差异的条件下，外核流体在地球自转体系中发作对流，然后发作了自激起电机进程。

北磁极的快速运动或许与加拿大地下的液态铁高速射流有关。

那么，跟着北磁极的快速移动，国际地磁场模型的批改周期会不会越来越短呢？

在赵旭东看来，地球主磁场模型的更新周期是根据地球主磁场的长时刻改变特征，以及观测技能、观测材料的处理周期而定的。

跟着观测技能的开展，观测材料处理技能以及数据计算速度的进步，科学工作者对地磁场认知程度的加深，以及空间天气预报和人类日子的需求，我以为地球主磁场模型的更新周期将会缩短。

赵旭东说。

焦立果也表明，通过此次曲折，跟着人们对定向和导航等使用中时变性需求的日益进步，信任地磁学家们会做出相应的调整，包含或许缩短模型发布周期，以及在地磁突发事件后及时发布最新模型等等。

暗物质可能是黑洞？所有星系或镶嵌在巨大黑洞球体中

最近，有科学家认为暗物质有可能是由宇宙早期的黑洞组成的，这一理论似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象　　在屏蔽所有已知的恒星，星系以及其他任何已知物质之后，对图像进行增强，我们便看到了一些不规则的斑块。

这就是所谓宇宙红外背景（CIB），其中颜色较浅的区域代表更为明亮的区域　　综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号　　 北京时间5月26日消息，据英国《每日邮报》报道，暗物质是构成宇宙很大一部分的神秘物质成分。

尽管知之甚少，但科学家们目前倾向于认为它是一种大质量的奇异粒子组成的物质，但关于这一点，我们还没有任何确凿的证据能够予以证明。

　　还有另外一种观点，认为暗物质实际上是在宇宙诞生初期就产生的黑洞组成的，也就是所谓的原初黑洞。

而现在，美国宇航局的科学家们开展的一项研究表明，后一种观点似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象。

　　美国宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家亚历山大·卡林斯基（Alexander Kashlinsky）表示："这项研究的主要目的是将目前存在的各类观点和实际观测数据相互验证，看看两者之间是否吻合。

结果我们发现这一理论与观测的吻合度惊人的好。

"他说："如果这一理论最终被证明是正确的，那么所有的星系，包括银河系在内，实际上可能都是镶嵌在一个巨大的黑洞球体包围之中，每一个黑洞的质量都相当于大约30倍太阳质量左右。

" 　　在2005年，卡林斯基率领一个天文学家小组，利用美国宇航局的斯皮策空间望远镜对一个天区的红外波段背景进行了观测。

他们报告称在这一红外背景中观测到一些亮度异常的斑块，他们认为这有可能是130亿年前宇宙诞生初期最早的一批恒星发出的光芒。

后续观测确认，在天空的其他区域同样能够观测到"宇宙红外背景"（CIB）中类似的隐藏结构。

　　大约8年后，另一项研究致力于对美国宇航局钱德拉X射线望远镜的所谓"宇宙X射线背景"（CXB）数据进行分析，并将这一结果与同一天区的CIB红外波段数据进行对比。

　　研究组发现最初一批恒星发出的主要是可见光和紫外光，由于宇宙膨胀，这些光线的波长被拉长，从而变成了红外光，因此应该不会在X射线波段背景中产生重要的影响。

　　然而，低能X射线波段中显示的异常斑块特征与红外波段背景中显示的斑块特征几乎完全相同，而唯一在能级跨度上能够涵盖整个波长范围的已知天体就只有黑洞。

　　因此，研究组得到结论认为，早期宇宙中应当存在着大量原初黑洞，它们贡献了宇宙红外背景中至少1/5的红外辐射源。

　　目前美国宇航局正在对这一问题进行研究，作为阿尔法磁谱仪（AMS）和费米伽马射线空间望远镜的研究对象之一。

　　卡林斯基表示："这些研究正在得到越来越高的灵敏度，逐渐缩小暗物质粒子参数的各项不确定性。

"他说："搜寻暗物质的不成功让我们对暗物质的本质可能就是原初黑洞的猜想产生了愈发浓厚的兴趣。

" 　　物理学家们此前总结出了几条理论，能够解释高温且处于迅速膨胀状态中的早期宇宙如何能够 在宇宙大爆炸之后的数千分之一秒内产生原初黑洞。

而相关理论也显示，宇宙的年龄越老，那么能够形成的黑洞质量就能越大。

但由于能够产生这类黑洞的窗口期持 续时间非常短暂——只有大爆炸之后最初的一瞬间——远远不到一秒钟的时间——因此科学家们认为原初黑洞的质量应该都差不多大，它们相互之间的质量差异会很 小。

　　去年9月14日，一对13亿光年外的黑洞合并过程所产生的引力波信号被设在美国的"激光干涉引力波天文台"（LIGO）观测到。

这一事件标志着人类首次直接探测到引力波信号。

　　这一信号也让LIGO的科学家们得以据此计算出这两个黑洞中单个黑洞成员的质量——结果显示分别为29倍和36倍太阳质量，误差约为±4倍太阳质量。

研究人员们认为这样的黑洞质量实际上大的有些让他们意外，并且两者间的差值也出乎意料地小。

卡林斯基表示："取决于起作用的何种机制，原初黑洞的性质可以与LIGO所探测到的这两个黑洞非常相似。

"他说："如果我们假定事实的确如此，也就是LIGO捕捉到了发生在早期宇宙中两个黑洞的合并信号，那么我们就可以观察，这件事将会对我们有关宇宙最终如何演化的认识产生什么样的影响。

" 　　在今年5月24日发表的一篇最新论文中，卡林斯基分析了如果假定暗物质的本质实际上就是类似LIGO所探测到的那类黑洞的话，事情将会如何发展。

　　黑洞的存在扭曲了早期宇宙中的质量分布，这一结果产生的微小震荡在数亿年之后，当最初一批恒星开始形成时产生了显著的影响。

　　在宇宙诞生之后的最初5亿年内，所谓的"常规物质"的温度仍然太高，因而难以聚集形成最早的恒星。

　　暗物质则不同，它们不会受到高温的影响，因为它基本上只与引力发生作用，与其他因素之间几乎不产生任何影响。

于是，在相互间的引力作用下，暗物质最先开始聚集，并形成所谓的"超小晕"（minihaloes）结构。

这种质量团块提供了一种引力"种子"，让后来的常规物质得以被吸引并附着其上——大量的高温气体开始在引力作用下向着这些超小晕结构聚集，随着温度的下降，这些逐渐聚拢的常规物质发生进一步凝聚和塌缩，第一批的恒星就此诞生了。

　　卡林斯基的工作表明，如果黑洞的确是组成暗物质的重要成分，那么这一过程的发生将会迅速的多，并进而产生在斯皮策望远镜探测到的CIB数据中的那种斑块不均一性特点，即便只有很小一部分的"超小晕"结构最终能够产生恒星，情况也是一样。

　　随着空间中的气体物质向"超小晕"聚集，组成这些"超小晕"的黑洞自然而然的将会吞噬掉其中的一部分气体物质。

　　而物质朝着黑洞盘旋下降的过程将会产生加热并释放X射线。

综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号。

　　偶然的，有些原初黑洞可能会相互运动到比较接近的位置上，从而互相吸引并成为一个相互绕转的双黑洞系统。

这样一个系统将会不断释放引力波信号，在此过程中丢失轨道动能并不断相互接近，最终，两者将会发生合并成为一个质量更大的黑洞，就像LIGO在去年所探测到的那样。

　　卡林斯基表示："未来LIGO的后续观测工作将告诉我们更多有关宇宙中黑洞数量的信息。

相信在不久之后，我们就将能够了解到，关于黑洞与暗物质关系的理论是否是正确的。

"

科学家称宇宙将经历大撕裂 所有物质被黑洞蒸发

多久才会出现这种情况，科学家认为大约在1后面跟50个零，不过在此之前，我们仍然会发现一些离奇的现象出现。

　　对于天文学家而言，研究宇宙演化实际上类似于考古，我们所看到的是过去的宇宙，当前的宇宙处于加速膨胀状态。

越古老的光线对应的是越早期的宇宙，自上世纪末，现代宇宙学最为紧迫的问题是研究宇宙是否会减速，科学家发现宇宙中所具有的质量足够引发膨胀收缩。

　　不过最近的研究小组指出，宇宙仍然处于加速膨胀之中，这个发现虽然赢得了2011年的诺贝尔奖，但其意义仍然具有挑战性。

宇宙加速的因素主要来源于暗能量，科学家的实验已经证实了宇宙加速膨胀与暗能量之间的关系，目前有足够的证据证明，暗能量是膨胀的原因。

　　但是科学家也发现暗能量是大规模星系团演化的因素，比如处女座超星系团的增长率就受到暗能量存在的干扰。

我们虽然知道了暗能量，但仍然不知道如何研究它们，或许我们的引力理论需要重新修改，需要新的物理学来解释它。

对于宇宙的未来，科学家认为宇宙将缓慢凋零，恒星形成经过高峰期后会出现衰退，比如50亿年后，太阳进入红巨星阶段，再过20亿年左右，地球会消失。

到了那个时期，宇宙将经历大撕裂，最终只剩下真空。

　　宇宙的未来是非常奇特的，死亡的宇宙会变成极度无序的状态，就像一块糖全部溶于水中，所有的能量在宇宙中均匀分散开来，没有更多能量进入燃烧。

此时宇宙中的粒子仍然存在，比如电子、光子。

随着量子力学的随机性开始起作用，真空中的一次量子跃迁有可能引发新的大爆炸，重新创造一个新的宇宙。