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地磁学的实用价值

已有 5236 次阅读 2010-2-25 11:08 |个人分类:地磁|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 航天, 航母, 导航, 地磁学, 实用价值

地磁学的实用价值

 

地磁学是一门较古老的学科。我国古代四大发明之一的指南针就是地磁场存在的表现,是地磁场极性的表现。1701年人类绘制出了世界上第一张地磁图。理论研究起始于1839年,著名数学家高斯建立了地磁场的球谐分析方法,从而建立了地磁学的理论基础。此后,人们习惯地把地磁场的球谐分析就叫高斯分析。地磁学用的物理主要是电动力学。用数学较广,偏微、有限元、以及现代的非线性数学(例如,分形分维)、小波分析等等。

   高斯分析之后,地磁学得到较大发展,例如对主磁场的研究直到地磁场起源的研究;对变化磁场的研究及现代的空间天气预报研究;对考古地磁(即古地磁)的研究;电磁感应的研究,等等。其中必须提一句的是,正是古地磁的研究成果,证明了地磁场的倒转,为大陆漂移提供了最有力的证据。

  

  地磁学有什么实用价值?首先可以想到的是空间天气预报。在神7发射电视转播时,我们可以看到空间天气的预报意见。在这方面,地磁学对航天、军事科学有直接的实用价值。

   空间天气预报起步晚,最早是美国1995年开始的,我国是在1997年起步的。1999年,自然科学基金会赞助的空间天气研究的大课题(1999-2004年),本人有幸参加了该课题。

  空间天气预报,中心就是磁暴预报,对航天很有意义,例如,在地磁场大扰动的日子里,不宜发射卫星。神州七号发射直播时就曾有科学院的空间天气实验室的预报意见。

  与地震预报相比,磁暴预报应发展快些。磁暴是太阳活动对地磁场的强烈扰动,我们可以发射卫星观测太阳和行星际磁场。太阳活动剧烈,就有可以发生磁暴,观测到太阳的剧烈活动,而太阳风的速度可以估计,磁暴发生的时间就可估计。所以,关键是对太阳活动的观测。

目前,对太阳观测的难处在于不能太靠近太阳,耐高温的材料是关键。目前,美国的NASA发射到离太阳最近的观测卫星离太阳是4个太阳半径的距离。

科学技术的发展,将实现对磁暴的准确预报。这一天要比地震预报来的快。

 

  在海军现代化建设中,地磁学也有用武之地。航母的建设就需要强大的工业基础。要能生产特殊钢材,在地磁场中不会被磁化。否则,建成航母,隔几年就得大修几年,退磁。否则,到海上就易受鱼雷等的攻击。

 

全球与区域地磁场模型也被广泛应用于航海、航空、地球物理勘探、石油生产及上至高层大气到地球深部的科学研究。地磁偏角图可用于航空航天导航,例如,从1990年中国磁偏角图上可以看出,零等偏线在甘肃红石山-玉门-青海格尔木-唐古拉山-西藏那曲-拉萨一线,在新疆西部的塔城地区,磁偏角为+50,而我国东北黑龙江沿岸,是-110,东西相差160,这就是说,如用同一罗盘在两地定地理北方,可产生160的的误差。可见在航空中利用地磁图及时调整罗盘读数极为重要和必要。

     目前国内外在石油定向、水平钻井中广泛采用相对简单、耐用、性能可靠、精度较高、价格适中的磁导向定位系统,即磁性测倾仪。该仪器需要井位地磁三分量与井口磁方位等磁场参数作为钻头在钻进中井眼轨迹的计算和测量结果可靠性识别的依据和基准。目前我国各油田在钻井中采用的井位地磁参数是从低精度的世界地磁图与数学模式或中国地磁图上量算的。另外,这些地磁图与模式均不包括来源于地壳的小区域磁异常及局部磁异常,而小区域磁异常和局部磁异常在地球上比比皆是,有的磁异常强度可高达10000nT,磁偏角、磁倾角异常可达数度,如南沙群岛的磁偏角异常值高达3020。这可看出磁异常图的用处。正因为此,英国地调局(BGS)的地磁组每年计算一个地磁场模型。

    中国地磁图的研究与制作,也是国防建设的需要。总参有的同志最近不止一次地问我所有的同事有关磁偏角图的事宜可说明这点。军用飞机导航、导弹制导等都需要磁偏角资料。

 



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