地球不断变化且不规则的磁场给极地导航带来麻烦

地球液态熔融的外核主要由铁和镍组成，它产生从南北极延伸的电磁场，保护地球免受有害太阳粒子辐射。

地球磁场强度的波动——由太阳风结构的日常变化和间歇性太阳风暴引起——会影响地磁场模型的使用，而地磁场模型对于卫星、飞机、轮船和汽车的导航至关重要。

磁场模型因数据收集位置而异——要么在地球表面或附近，要么在低地球轨道卫星上。过去的研究将模型差异归因于空间天气活动水平，但最近对六年来地球和卫星 磁场模型的分析发现，模型差异也是由建模误差而不是地球物理现象本身造成的。研究结果发表在《地球物理研究杂志：空间物理学》上。

密歇根大学的研究小组评估了Swarm任务的低地球轨道卫星观测结果与地球磁场模型(第十三代国际地磁参考场或 IGRF-13)之间的差异。他们重点研究了低到中等地磁条件下的差异，这涵盖了 2014 年至 2020 年期间 98.1% 的时间。

在地球上方不同位置收集的卫星观测数据对磁场波动很敏感，而地球磁场模型则使用观测数据来估计地球内部磁场，而不考虑太阳风暴的影响。内部磁场模型(如 IGRF-13)用于追踪地球磁极的变化，例如北极每年向北偏西北移动约 45 公里。

了解这些巨大的差异对于使用 IGRF-13 作为参考的卫星操作以及对地球磁层、电离层和热层的物理学研究非常重要。

模型不确定性在北极和南极地区最高，统计分析表明，北极和南极地区之间的不对称是导致模型差异的主要因素。

密歇根大学气候与空间科学与工程系助理研究员、该研究的通讯作者石一宁说：“我们通常假设北极和南极地区之间的磁场几乎对称，但实际上它们非常不同。”

两个地理极点对应不同的地磁坐标。北极对应约 84° 磁纬度 (MLAT) 和 169° 磁经度 (MLON)，南极对应约 −74° MLAT 和 19° MLON。

Swarm 卫星的极地轨道轨迹产生了采样偏差，测量数据高度集中在地理极点周围，这加剧了模型差异。

密歇根大学气候与空间科学与工程系亚瑟·F·瑟瑙教授、这项研究的作者之一马克·莫尔德温说：“了解地球物理扰动实际上是由于地球磁场的不对称造成的，将有助于我们更好地创建地磁场模型，并有助于卫星和航空导航。”

另一个引起导航界担忧的问题是，极地磁场在过去十多年里一直在迅速变化。

莫尔德温说：“这进一步增加了创建精确磁场模型的复杂性。”