範霍夫奇點為什麼穩定磁性

作者：石蘭（抄襲必究）

雖然當代的導航技術已非常成熟，但依然無法完全替代指南針的存在，它就像是一個具有磁化指示器特性的導航儀器，在過去的數千年時間裡為人類指引地球上的道路。我們都知道，生活在南極的企鵝是沒有指南針的，但它們卻總能找到自己要走的路，並且，事實上指南針也無法給它們帶來任何實質性的幫助。不要感到驚訝！因為，在向地球的磁性南北極位置靠近的時候，即使是我們手上的指南針，也會發生異乎尋常的行為指示。倘若正在打包行李的你想要和企鵝一起閒逛，即將開啟一場南極之旅，那麼，你要怎麼做才能找到實際上的南極？

為什麼指南針具有辨別方向的能力

地球本身就是一個具有強大磁性的物體，它的兩極分別位於和地理南極、地理北極接近的地方，而地球表面上可以自由轉動的磁體，則會因為磁體特性（異性相吸、同性相斥）而指示出南北方向的所在位置。雖然，古人並不能夠清晰地理解地球磁場的本質，但卻發現了這樣的現象、並利用這樣的效能來辨別自己所處位置的方向。指南針的發明，對於人類文明和科學技術的發展而言，都起到了不可估量的作用。在古代的時候，指南針又被稱為司南，主要由一根位於軸上的磁針構成的它，在大地測量和航海等領域中被廣泛應用。

地球具有天然磁場，磁針在這樣的環境下自由轉動，並將其位置始終保持在磁子午線的切線方向之上，然後，磁針的北極指向了北磁極。雖然，我們經常使用的GPS被廣泛的使用在導航、測速和定位等方面，但對於某些特殊地形，比如：當存在較大的地物遮擋無法準確導航、甚至完全無法使用的時候， GPS便不能給予我們航向的正確指引資訊。因而，隨著時間的遞進，指南針也有了新的版本，各種電子指南針在我們的智慧手機中存在，並且它也有了電子羅盤或數字羅盤這一新的名字。通常使用磁通門和磁阻感測器加工而成的電子羅盤，同樣也是利用地磁場來定義北極的位置。

指南針如何辨別南極在哪個方向

由於地球的自轉活動，以及地核中富含鐵的流體的晃動，從而產生了地球的磁場。這也是為什麼會流體運動方式和速度的變化，會導致地球的磁場和磁極發生改變。雖然，地球地理上的南北極，所標記的是其旋轉中心軸的相對兩端，但由於地球磁性南北極的位置，並不是某個固定的點，因而，它們與地理上的南北極之間可能存在數千公里的距離差距。就指南針的設計而言，它的磁性針頭的北端會指向地球的磁性北極，而它的另一端則指向了地球的磁性南極。

雖然，指南針在落下時將與我們站立時的磁場線相平行，但是，由於地球的磁場線在從北極到南極的時候，並不是呈現出沿著直線排列的方式。當我們向著地球的磁性南極靠近時，磁力線的分佈將會彎曲，並直接進入了與地球表面垂直的磁性南極。也就是說，一旦我們達到這樣的特殊位置，此時的指南針無法給予水平指向，而是直接指向了地球。此時，想要透過常見的指南針來指引方向已然行不通。

但是，我們可以攜帶一種特殊的指南針訪問南極，它所擁有的自由浮動的指標，可以在三個方向上進行移動，其指標的“南端”會在你到達磁性南極的時候指向下方。同理，在地球的磁性北極，指南針針頭的北端也會試圖直至地面。因而，對於在極地探險的人們而言，他們往往會透過繪製太陽角或恆星位置的方式，從而計算出正北位置的所在。事實上，指南針提供的最準確讀數應該是在赤道上，因為，此時地球的所有磁場線都處於水平狀態，且都與地球的表面平行。

地球的磁場和極點擁有怎樣的特性

地球的地理和磁極處於彼此相對的位置，比如，位於地球地理北極附近的是其磁性南極，這便是為什麼當我們透過指南針確定位置的時候，它的指標會在北半球的時候指向磁性南極，並在位於南半球時指向磁性北極。與此同時，地球的磁極並不是固定不變的，磁場可能由於受到了流動金屬岩漿的影響，而呈現出了不穩定的特徵。比如，磁性北極每年的平均移動距離，就達到了大約在55公里左右。並且，這樣的電磁異常並不是某個區域的特性，而是廣泛的存在於世界各地，比如，位於地球液態外核邊界附近地幔中的密集部分，導致了南部非洲的磁場擾動了類似於溪流中的渦流。

在已經過去的這30億年中，地球的兩極一直在發生變化，甚至達到了數以百計的徹底扭轉次數，而最近一次的完全逆轉則大約發生在78萬年前。而這一系列變化，科學家們都從地質記錄中找到了證據，包含了地球磁場逆轉和位移的完整演變過程。在凝固之前的熔融岩石中，從與磁場對齊的金屬被發現，到沉積在沉積岩層中的磁性金屬，地球的所有動態變化過程，都透過不同地質時間內產生的新岩石記錄了下來。隨著上升到地表的熔岩融化，那些懸浮於熔岩中的鐵顆粒，開始讓自己轉向地球磁場的方向，並在熔岩凝固後將金屬沉積物的位置鎖定，於是，這些地球磁場逆轉和變化的資訊被記錄了下來。