沈括髮現「地磁偏角」

 地磁南北極

北宋沈括(1031—1095)不僅記錄了各種指南針的使用方法，而且親自進行試驗，以比較它們的優劣。在利用懸縷法進行測試時，沈括髮現磁針所指並非方位盤上的正南方向，其南端「常微偏東」，從而首次發現並記錄了地磁偏角現象。

我們知道，磁性物質都有兩極：磁南極和磁北極。兩個磁性物質相遇時，同性相斥，異性相吸。地球內部有一個由地核形成的巨大磁場，其磁軸北極位於地理上的北極點附近，磁軸南極位於地理上的南極點附近。磁針處於靜止狀態時，磁南極指向地磁北極方向，磁北極指向地磁南極方向。地球地理上的南北極點是固定不變的，但不與地磁北極和地磁南極位置重合。因此，指南針指示方向就與地理上的正南正北方向有一定的偏差，這一偏差角度稱為磁偏角。此外，地磁北極和地磁南極的位置還會隨時間的流逝而不斷變化。不過，這些顯著變化都需要漫長時間，某一有限時間段內，地磁極的方位仍可看作是基本不變的。中國古人正是因為最早發現了磁偏角現象，能夠在確定方向時予以校正，從而保持正確的航向，避免浪費時間及發生觸礁。

磁針南極永遠與地磁北極方向平行，但由於地表為球形，在北半球，以地表水平面為參照系，磁針總是指向地表水平面的斜上方。磁針與地表水平面之間的夾角稱為磁傾角。北宋曾公亮(999—1078)在《武經總要》中介紹了一種指南魚的製作方法。先將魚形鐵片燒紅，這時鐵片內部的磁疇分布雜亂無規律。然後將其放入水中冷卻，令鐵魚頭尾指向南北方向。此時，在地磁場作用下，鐵片內部的磁疇會沿地磁場方向定向排列。隨著鐵魚冷卻，這種定向排列方式被固化下來，鐵魚因此具有了磁性。值得注意的是，書中提到，入水冷卻時要將指北的魚尾稍微向下傾斜，這表明至少在北宋時期，中國古人就已經發現了磁傾角現象，並在實際製作指南魚時適當予以校正。金屬指南魚的製造是世界上最早利用地磁場進行人工磁化的實例。