一项新的研究发现

通过解析古代极光观测记录

能为预测地球磁场的未来演变提供依据

这为人们探知地球的过去打开了一扇大门

也为预测地球的未来奠定了基础

地球被一层厚厚的大气层包裹着。当人们仰望夜空，除了皓月与繁星，几乎感受不到大气的存在。因为正常情况下，夜间大气化学反应发出的光强度远远低于人眼能感受到的阈值，一般需要借助科学仪器才能探测到。

但也有例外。第一个例外发生在地球的南北两极，在这里，地球的偶极磁场汇聚成漏斗状，来自太阳风和地球空间的高能带电粒子沿着磁力线沉降到中高层大气和电离层，与其中的原子和分子发生碰撞，激发出绚丽的极光，这种极光围绕着地球磁极形成一个椭圆的环带，也称极光卵。传统看法认为，这种极光只发生在高纬度的两极地区，主要是受到地球偶极磁场形态的约束。

北极极光

第二个例外则来自地球磁场的异常区。通常情况下，地球磁场保持着稳定的偶极形态，但当地球内部的动力学和结构发生变化时，就会出现明显偏离偶极磁场形态的磁场异常区。当前，全球地磁场最显著特征出现在南大西洋异常区（South Atlantic Anomaly，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。弱磁场导致范艾伦辐射带的高能粒子穿透大气层更深。在SAA区域内，沉降的高能粒子可以深入穿透高层大气，与中性大气碰撞激发出一种异于传统红色大气辉光的独特的红色赤道极光，也有其他人眼不可见的波长，如X射线。

尽管最近的地磁场重建模型揭示了更多SAA演化的细节，但人们一定会很好奇，地球历史上，是不是曾经有过其他类似SAA的低磁场区域？利用古代航海数据重建的全球地磁模型曾首次展示了16世纪到18世纪，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（WestPacific Anomaly，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，西太平洋地区目前获取的古地磁记录也极少，人们无法获知短时间尺度上的变化信息。

变化的地磁场向空间延伸，将地表2800千米以下的液态铁核运动与近地空间环境动力学联系起来。地磁场的结构对地球的大气层和空间环境产生深远的影响。因此，可以反其道而行之，从空间环境的特殊现象来反推古代磁场的变化。幸运的是，中国科学院地质与地球物理研究所魏勇研究员团队偶然间发现古朝鲜的大量官方日记隐藏着地磁场的秘密，特别是在16世纪到18世纪，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产生。

研究团队经过近十年对古籍的系统整理和校核，共发掘出公元1012年到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，团队成员与英国利兹大学开展了赤道极光和地球磁场发电机模拟交叉研究工作，揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征，并发表于国际顶级期刊《美国科学院院刊》。

这项研究首次清晰地呈现了地球内部与空间协同演变的紧密联系，内部影响空间，空间反映内部。WPA的演化，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。过去几十年来，SAA强度一直在持续减弱，范围在不断扩大，是否会发生下一次地磁倒转不得而知。未来应加强在我国南海、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，从而为预测地球磁场的未来演变提供依据。

研究团队认为，还应该加强从古籍文献宝库中发掘科学信息，为人们探知地球的过去打开一扇大门，也为预测地球的未来奠定可靠的基础。