指南针在火星上有用吗（指南针指向北极星吗）

什么是大自然的指南针？如何在火星上不迷路？北针管用吗？

指南针是中国古代四大发明之一，代表了中华民族对世界的科技贡献。如果我们迷路了，我们总能拿出指南针找到路。这是在地球上。如果有一天人类移居到其他星球，还能靠指南针找到路吗？

那得看是哪个星球了。指南针导航的关键在于一个小磁针。磁针可以指向特定的方向，因为地球有偶极磁场。地球周围的磁场接近地心磁偶极子产生的磁场，其磁南极大致指向地理北极，地球上的磁针始终指向南北方向。

在太阳系的八大行星中，大部分和地球一样，都有一个全球偶极磁场，可以用磁针导航。而地球的邻居，金星和火星，这两个人类最容易到达的星球，却没有明显的全球偶极磁场，无法用磁针导航。

，最近的研究表明，这可能不完全正确。虽然火星和金星没有来自行星内部的偶极磁场，但它们通过与外部太阳风的相互作用产生了感应磁场。之前认为感应磁场的方向是随着太阳风磁场实时变化的，不能用磁针来确定方向。，最近发现了具有固定方向和位置的感应磁场。中国科学院地质与地球物理研究所副研究员、合作者柴李惠发现，在火星和金星的夜侧存在一个逆时针(沿日-星线)环绕磁尾的全球环形感应磁场(图1)。与地球磁场固定在行星上的情况不同，火星和金星的圆形感应磁场近似固定在太阳和行星的连线上。

1.火星(左)、金星(中)(右)环形磁场B的观测结果及示意图。

也就是说，如果知道大概的时间和区域，就可以用可以测量平均场的高精度磁针来识别方向。比如生活在火星北极地区的人会发现，晚上磁针往往指向西方，南极地区指向东方，赤道地区早上指向北方，晚上指向南方。由于金星反向自传，太阳从西边升起，所以赤道地区的磁针方向早晚与火星相反，其他一切与火星相同。

，由于这种环形磁场较弱，火星表面还存在岩石剩磁干扰，所以在导航上可能还会有很多限制。现在，科学家需要弄清楚这个环形磁场是从哪里来的？为什么总是逆时针转圈？其他明星都有什么？

环形磁场从何而来？

太阳不断喷射出高速带电粒子，称为太阳风。当太阳风吹过恒星时，它会与恒星产生不同的相互作用。

如果把太阳风比作水流，把火星和金星比作水中的大石头，那么太阳风中的磁场就是水生植物。当水流过石头时，水草会挂在石头上。这种悬挂在火星和金星上的磁场就是“感应磁层”。磁层不仅存在于火星和金星上，也存在于土卫六、太阳附近的彗星和其他恒星上。没有很强的内禀磁场但有导体结构(如电离大气、咸海洋、铁核)的恒星是一种普遍现象。

，现实比这更复杂。只有在大尺度下，太阳风才能理解为整个水流。如果整体尺度比较小，或者太阳风单个粒子的粒子特征尺度比较大，就要考虑单粒子效应。当太阳风携带磁场穿越火星和金星时，行星顶部大气中氧离子的回旋半径可以达到几个行星半径。卫星观测证实，大量的火星氧离子会朝着太阳风E电场的方向飞行。

研究人员通过分析观测数据发现，太阳风的氢离子会以-E方向绕磁尾运行，这是动量守恒造成的。也就是说，t

2.火星周围的磁场结构和等离子体运动。灰色球体代表火星，红色粗箭头代表火星大气中氧离子在E方向的运动，蓝色粗箭头代表太阳风离子围绕磁尾在-E方向围绕火星的运动，彩色曲线代表火星周围的磁场结构是太阳风白万。

为什么是逆时针？

自然界中，带正电离子的质量使其回旋半径很大，而带负电的电子质量很小，以至于其回旋半径往往被忽略。，火星和金星空间环境中的单粒子效应更多的是离子效应，而不是电子效应。火星和金星顶部大气中的氧离子由于质量大而带正电，与太阳风相互作用时向E方向飞行，最终形成逆时针环形磁场。

如果存在一个离子带负电，电子带正电的平行宇宙，那么环形磁场就是顺时针方向的。即环形磁场始终是逆时针方向的，这是自然界正负电荷质量不对称造成的，即正电荷离子质量大，负电荷电子质量小。

还有哪些星体有环形磁场？

火星和金星都有环形磁场。火星和金星的共同点是，它们都有电离大气，没有全球偶极磁场。太阳系中靠近太阳的其他恒星，如土卫六和彗星。研究人员在美国Voyage对土卫六的观测和欧洲Rosetta对彗星67P/C-G的观测中发现了环形磁场的观测证据(图3)。所以，凡是有电离大气而没有偶极磁场的恒星，都应该有环形磁场。

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图3. 金星、火星、土卫六和彗星67P/C-G上都观测到了环形磁场现象（红色圆弧代表环形磁场结构，直线箭头代表观测到的磁场）。

环形磁场是通过分析美国火星探测器和欧洲金星快车的观测数据发现的。由于这两颗探测器的轨道限制，无法确定环形磁场会延续到星球夜侧多远的位置（图1左图中大片白 域代表那里没有卫星观测）。中国火星探测计划预计2020年发射，它的轨道远地点比美国火星探测器要远。届时就可以利用中国火星探测器的磁场数据，研究环形磁场的远磁尾分布了。

来源中国科学院地质与地球物理研究所

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火星上能用指南针吗 为什么说北极星指路?