沈括发现“地磁偏角”

 地磁南北极

北宋沈括(1031—1095)不仅记录了各种指南针的使用方法，而且亲自进行试验，以比较它们的优劣。在利用悬缕法进行测试时，沈括发现磁针所指并非方位盘上的正南方向，其南端“常微偏东”，从而首次发现并记录了地磁偏角现象。

我们知道，磁性物质都有两极：磁南极和磁北极。两个磁性物质相遇时，同性相斥，异性相吸。地球内部有一个由地核形成的巨大磁场，其磁轴北极位于地理上的北极点附近，磁轴南极位于地理上的南极点附近。磁针处于静止状态时，磁南极指向地磁北极方向，磁北极指向地磁南极方向。地球地理上的南北极点是固定不变的，但不与地磁北极和地磁南极位置重合。因此，指南针指示方向就与地理上的正南正北方向有一定的偏差，这一偏差角度称为磁偏角。此外，地磁北极和地磁南极的位置还会随时间的流逝而不断变化。不过，这些显著变化都需要漫长时间，某一有限时间段内，地磁极的方位仍可看作是基本不变的。中国古人正是因为最早发现了磁偏角现象，能够在确定方向时予以校正，从而保持正确的航向，避免浪费时间及发生触礁。

磁针南极永远与地磁北极方向平行，但由于地表为球形，在北半球，以地表水平面为参照系，磁针总是指向地表水平面的斜上方。磁针与地表水平面之间的夹角称为磁倾角。北宋曾公亮(999—1078)在《武经总要》中介绍了一种指南鱼的制作方法。先将鱼形铁片烧红，这时铁片内部的磁畴分布杂乱无规律。然后将其放入水中冷却，令铁鱼头尾指向南北方向。此时，在地磁场作用下，铁片内部的磁畴会沿地磁场方向定向排列。随着铁鱼冷却，这种定向排列方式被固化下来，铁鱼因此具有了磁性。值得注意的是，书中提到，入水冷却时要将指北的鱼尾稍微向下倾斜，这表明至少在北宋时期，中国古人就已经发现了磁倾角现象，并在实际制作指南鱼时适当予以校正。金属指南鱼的制造是世界上最早利用地磁场进行人工磁化的实例。