茫茫人海怎么用车载指南针,茫茫大海中的指南针

我们大家都认识指南针,这是中国古代的四大发明之一 。指南针最主要的作用,顾名思义,就是指示方向 。指南针通过测量地球磁场,给出地球磁场的方向,从而帮助人们进行导航,从技术上,支持了约16世纪开始的人类地理大发现时代,推动了历史的车轮 。

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司南
如今,人类已经推开了星际探索时代的大门,开始尝试在茫茫的行星际空间航行,甚至有希望在不远的将来,探索更广阔的恒星际 。在大海上航行,导航主要依靠的是恒星导航(也就是观星)和指南针 。在星际空间导航,其实也是类似的 。
恒星导航演变成了星敏仪一类,即依靠识别星图来判断方向的仪器 。因为恒星亘古长存,其变化非常缓慢而微弱,距离我们又非常遥远 。因此不管是在地球,还是在深空,我们看到的星图,没有太大的区别 。
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六分仪,用于进行天体导航
但是指南针就不同了,指南针严重依赖于地球表面的磁场,然而我们现在要离开地球表面,进入更未知的太空 。在这个时候,指南针这种“找南方”的、仅测量“磁场的方向”的方式,在行星际空间中明显是不适用的 。
退一步讲,我们之所以能在地球上使用指南针,是因为我们人类在地球表面的漫长的生产实践中,总结出了,“磁石总是指向南北方向”这样一个特征 。这是我们对地球表面磁场形态特征的,直观且基本准确的认知 。如果要将“指南针”推而广之,那我们首先要在星际空间中,找出磁场的形态特征、演化规律 。
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木星磁场
所以,在这样一个全新的时代,我们已经发明了很多种新的,测量磁场的方法 。今天,就带大家来看看,跨入宇航时代的人们,是怎样测量磁场的 。
磁场是一种场,测量磁场和测量其他的物理量,其原理都是共通的,即让待测的物理量和某种介质发生相互作用
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哈勃太空望远镜拍摄的木星极光,是木星磁场、等离子体和木星大气层相互作用的直观形象的展现
想到磁场,各位一定第一时间就会想到电场,毕竟高中物理电磁学的教训实属深刻 。没错,我们要介绍的第一种探测磁场的仪器,就是直接利用了磁生电的原理,请看:
一、探测线圈磁强计
我们初高中都学过,电能生磁,磁也能生电 。通过线圈截面的磁场通量发生变化,线圈内就会产生抗磁电流,这就是“楞次定律” 。这个规律,在人类已知的宇宙中,都不例外 。于是,借助电磁感应的原理,我们就制造了这样一种磁强计——探测线圈磁强计(Search-coil Magnetometer) 。
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探雷器
放错图了?可以说也没错,因为探雷器和探测线圈磁强计的原理,是相通的 。探雷器探测地雷,是在探测地雷中的金属成份 。探雷器的线圈首先产生一个交变的磁场,这个磁场将在地雷的金属结构上激励出感应电流,这种感应电流又激励出反馈的磁场,被探雷器的线圈接收——这样,探雷器就探测到了地雷 。
探测线圈磁强计,完全可以类比探雷器,只不过通常,探测线圈磁强计的线圈里并不产生交变的磁场,因为空间中本身就充满了波动的磁场 。这些波动的磁场,导致探测线圈磁强计的线圈内产生电流,电流被仪器记录下来,就可以换算为磁场 。

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