指南針(又稱指北針或羅盤)可藉由地球磁場指引方向,是航海和野外探險等方面的重要工具,也在人類發展史上扮演了重要的角色。但如果人們想進一步探索更遙遠的外太空,指南針還有用嗎?如果有用,它會指向哪裡?
據「生活科學」(Live Science)網站的報導,美國國家航空暨太空總署(NASA)戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center,GSFC)的行星科學家埃斯普利(Jared Espley)表示,指南針在太空中將依據你的確切位置來測量不同的東西。
他說:「從技術上來說,指南針在太空中仍會運作,但它不一定會指向地球。相反的,它會指向相對於指南針在太空中的位置而言最強的磁場的北極。」
在地球上,指南針會對地球的磁場做出回應。指南針本身就是一塊磁鐵,它的北極會自然的與地球磁場的南極對齊。在太陽系中,地球是唯一具有如此強烈磁場的岩石行星。
NASA指出,這個磁場在地球面向太陽的一側延伸約2萬3,000英里(3萬7,000公里),在背向太陽的一側延伸約23萬英里(37萬公里)。像這樣在行星周圍受磁場左右的區域稱為磁層(magnetosphere)。
想要藉助指南針返回地球的太空人可能需要待在這個磁層內,以便讓指南針「感受」磁場。但磁場並沒有很明顯的邊界。埃斯普利說,在磁場之外很遠的地方仍可以偵測到一些東西。
在太陽系的所有行星中,指南針最有可能指向木星,因為木星的磁層很大。NASA說,木星磁層是太陽系中最大的結構,寬達1,200萬英里(2,100萬公里)。
這個巨大的磁層是由木星的金屬氫核心產生的,目前朱諾號太空探測器(Juno Spacecraft)正在對它進行研究,以便更好的了解磁場是如何產生的。
然而,如果太空人不在行星的磁層內,指南針會指向哪裡?在太陽系內,太陽的磁層比所有其它磁層還大。埃斯普利說,如果你身處行星之間的太空中,指南針主要會被來自太陽風的磁場吸引。
太陽的磁層稱為太陽圈(heliosphere),向外呈螺旋狀延伸,其範圍足足延伸到冥王星的三倍遠。美國國家強磁場實驗室(National High Magnetic Field Laboratory)說,這是因為太陽風在吹向太陽系時攜帶了自身微弱的磁場。
太陽的磁場十分複雜,而且當太陽活動達到高峰時,磁力線會變得更大、更複雜,以至於南北磁極「互換位置」。
依靠「向上」和「向下」來校準的傳統指南針在太空中作為導航工具是毫無意義的,但被稱為磁強計(magnetometer)的大功率羅盤在太空中還是很有用的,只是不能用於導航。
NASA科學家利用這些儀器來進一步了解太空中電漿(又稱等離子體)的相互作用,並追蹤遠古磁場的遺跡。埃斯普利說:「測量磁場對於了解行星內部正在發生的事情非常有用。」