地球磁極變化導致美國飛機跑道改造(圖)

2011-02-01 16:22

地球磁極示意圖

從去年開始，關於地球磁極要顛倒的說法就一直沒停歇。最近，又有新聞報導說因為地球磁極正在發生變化，美國的一個飛機場不得不改造跑道，以更好地引導飛行員進行飛機定位，避免飛機偏離跑道。

地球磁場真的在變化嗎？為什麼地球磁場變了飛機跑道也要改造呢？如果不改的話，飛機會飛錯方向嗎？美國的這家飛機場已經改造了跑道，其他國家的是不是也緊接著要行動了呢？

機場為啥不待見「祝你一路順風」

根據相關新聞描述：目前地磁北極正以每年64公里的速度從加拿大北部往俄羅斯西伯利亞方向移動，在美國佛羅里達州的坦帕機場，主跑道的編碼正是它相對於北磁極的角度，因為磁極偏移，因此不得不改造跑道。

為什麼機場跑道跟磁極需要對應？磁極對機場跑道的建設很重要嗎？南京航天航空大學民航學院機場系的夏洪山教授告訴記者，機場跑道的設計需要考慮很多因素，首先考慮的是當地主導風向和機場周邊的地形。磁極的變化只是會對飛機的導航有影響，而對跑道的設計並沒有影響。

夏洪山說，跑道的設計考慮最多的因素應該是當地的氣象、地理環境和地質條件。氣象主要是風向和霧霾，地理環境主要是周圍不能有高山和高大建築物，此外機場不能建在地質斷裂帶和地震帶。因為飛機起飛或降落時逆風飛行更為有利，避免側風，所以風向才是跑道設計首要考慮的因素。

因為飛機在逆風中起降可以增加飛機的空氣浮力，就像我們放風箏，也都是要逆風放飛，這樣才能把風箏抬起來。飛機也是同一個道理，所以你在機場送客時最受歡迎的告別語是「祝你一路平安！」而不是「祝你一路順風！」每當跑道側風超過飛機的起降標準時，就得推遲起降，就會出現航班延誤現象。現在有的大型機場修建的兩條交叉方向跑道，就可以有效減少側風引起的延誤現象。

跑道的方向設計主要是根據當地一年中氣象資料統計的主導風向(70%的風向)來確定的，這種設計使跑道更能適應當地的氣象條件。

飛機跑道上的奇怪數字有啥用

為什麼這則新聞中說磁極變化影響到機場跑道建設呢？夏洪山說，他也看了這則新聞，所謂的改造其實是對跑道方位標誌進行改造，對它進行重新粉刷和編碼，而不是對整個機場跑道方向進行改造。如果要改造整條跑道，那代價太大了。

而跑道上究竟有什麼標誌？夏洪山說是引導飛機起飛降落的跑道方位標誌。為了使駕駛員能準確地辨認跑道方向，以便控制飛機按照標注的方位沿著跑道中心線起降，在每一條跑道兩端的道面上，必須按照規定的尺寸大小，用白色大字標注所有方位的跑道編號，就相當於跑道的名字一樣。

所謂跑道方位，就是跑道中心線的磁方位角。跑道中心線是駕駛員駕機起飛或降落時前進的方向。為精確起見，全球都採用360度的方位予以表示。以正北為0度，順時針旋轉到正東為90度、正南為l80度、正西為270度，再回到正北為360度或0度。這裡的正北、正南都是指的地極方向，也就是真方向。

每條跑道就以它所朝向的度數作為其編號。為了簡明易記，跑道編號只用兩位數表示，即方向度數的百位數和十位數，個位數按四舍五入進入到十位數。比如，一條指向為西北284度的跑道，它的編號就是28，如果是285度，編號就是29。

同一條跑道，因為有兩個朝向，所以就有兩個編號，而這兩個編號一般是相差18，因為正好隔了180度。比如，如果有一條跑道從起飛方向看到的編號是18，而從降落方向看到的編號就是36。跑道號都是兩位數，如果第一位沒有數就用0來表示。例如，指向東北的方向為50度，跑道號就是05。

跑道號以寬3米、長9米的數字用明亮的白漆漆在跑道的端頭，十分醒目。駕駛員在空中可以清楚地看到跑道號，也就等於知道了飛機降落在這條跑道時的方向。

另外，如果某機場有同方向的幾條平行跑道，就再分別冠以L(左)、C(中)、R(右)等英文字母，以示區別。

塔台上的管制員只要告訴駕駛員跑道號，駕駛員就應該能確認所使用的跑道和起降方向。
夏洪山說，這種標誌方位的數據主要用在飛機的起飛和著陸過程中。

傳統的飛機導航系統依賴磁羅盤

夏洪山說，傳統的飛機導航方法是利用磁極來辨別飛行方向。

早期的飛機都是依靠地面標誌和地圖去認路，駕駛員必須用雙眼盯住地面，搜索標誌物，比如高塔、鐵路、河流等，這叫目視導航。隨著科技的發展，飛機飛得越來越快，越來越高，目視導航已經不能滿足需要。於是駕駛員的手頭添加了時鐘和計算尺(或計算器)兩種工具。時鐘要求走時精確，可靠性強；計算尺(或計算器)則是經過專門設計的，刻畫有根據飛機飛行所用的速度、距離、角度之間的關係編製成的計算步驟和程序等。這是推測導航。

而在計算中，有一個因素需要考慮，就是方向，而方向用什麼測呢？羅盤！利用磁羅盤測出的方向叫磁方向，這種方向的北方叫磁北。地極的北方叫真北，真北方向叫真方向。真方向與磁方向之間偏差的角度叫做磁差。

另外，飛機上的鐵製零件和磁場也會影響磁羅盤發生指向偏差，這個偏差叫做羅差。羅差在飛機出廠前會由製造廠家測量好，駕駛員在飛機上使用羅盤時得到的讀數要加上羅差才能得到磁方向，再加上磁差就得到真方向。

航空地圖上標有各地的磁差，因為地球是圓形，磁場的分布在各地也不同。在中低緯度地區，磁方向與真方向之間的偏差還不大，但到了離極地很近的高緯度地區，磁差就變得很大了。所以一般在南北緯60度以上的地區飛行，磁方向就不能使用了。

如今，導航的方法一般由好幾種系統綜合起來應用，除了傳統的磁羅盤導航系統，還有衛星導航系統，以及地面雷達導航系統等。幾種方法綜合起來就能取長補短，精確計算出飛機的飛行位置和飛行目標。

夏洪山說，現在的飛機上都有自動導航系統，只要輸入機場跑道上的方向度數，就能計算出飛行方向，並能自動調整飛機姿態控制飛機著陸過程。地球磁極的變化會影響飛機導航參數，所以需要重新設定。不過，實際上，只要測出這個偏差，現代導航系統可以自動調整。

地球磁場在發生什麼樣的變化

中科院地質與地球物理研究所研究地磁場與地球內部過程的鄧成龍博士告訴記者，地球磁場其實每時每刻都在發生變化，而且是不規律地運動。所以它與地球南北極形成的夾角也是一直在變化的，如果放在一天或一年，它的變化可能不大，但如果放在幾千年甚至幾千萬年的過程中來看，它甚至發生了多次磁極顛倒。

南京地質古生物研究所現代古生物學與地層學國家重點實驗室主任瀋樹忠教授說，在地球的一些礦物中，記錄了地球磁極存在顛倒的過程，這些礦物中的磁極與我們現在的地球磁場不同，科學家可以通過分析把這些變化都還原出來，但因為時間相隔太遠，都以萬年為計算單位，不能得到精確的年份，所以無法得出其中的規律性，也無法推出地磁倒轉會給地球和地球上的生物帶來什麼變化。

地球磁場形成的原因還停留假說階段

開始有的人認為地球本身就是一個如磁鐵一樣的大磁體，所以產生了磁場。但是鐵磁物質在溫度升高到760℃以後，就會喪失磁性。而地心的溫度高達五六千攝氏度，熔融的鐵、鎳物質早就失去了磁性，因而不可能構成地球大磁體。

接著又有人認為是由於地球的環形電流產生地球磁場。因為地心溫度很高，鐵鎳等物質呈現熔融狀態，隨著地球的自轉，帶動著這些鐵鎳物質也一起旋轉起來，使物質內部的電子或帶電微粒形成了定向運動。這樣形成的環形電流，就像通電的螺旋管一樣，產生了地磁場。

但是這種理論又無法解釋地球磁場在歷史上的幾次倒轉。

接著又出現了各式各樣的地磁假說，比如：旋轉電荷假說、漂移電流假說、熱電效應假說、霍耳效應假說等等，但一直沒有定論。