应原理测量磁石磁矩时需要考虑的磁感线复杂性影响, 能直接、准确地衡量磁石的指向性能。Р图7 一维方形亥姆霍兹线圈 下载原图Р图6 磁石磁矩测量装置 下载原图Р3 古代地磁场水平方向分量演变Р对磁性指向起作用的是地磁场在水平方向的分量, 即地磁场总量与地磁倾角余弦值的乘积, 属于三重函数非线性叠加, 地磁场总量和地磁倾角的波动极易被显著放大, 有可能对磁性指向效果产生重大影响, 然而已有指南针研究文献对这一点未能给予足够重视。如刘秉正认为中原地区地磁三要素(地磁总强度、地磁偏角、地磁倾角) 的古今差别不超过30%, 对指南性能影响不大[21]。古地磁学的发现与研究表明, 地球磁场存在着复杂变化, 如磁极移动、强度变化乃至磁极翻转。地磁三要素的变化有长周期也有短周期, 既有整体性变化也有局部性变化。对历史时期烧土(如古陶、窑砖、灶、瓦片) 的热剩磁分析, 发现在2000年前左右各地的地磁强度普遍为一高峰域, 大于现代值50%左右, 法国、俄罗斯、日本的数据接近;地磁倾角也经历千年周期循环, 各地曲线特征相近, 但相位不同[55]。Р20世纪60年代和80年代, 中国学者实测发现两千多年来北京和洛阳地磁场较强时, 地磁倾角较小[56,57], 恰形成了较大的地磁场水平分量。2016年新发表文献中, 对天水地区的实测数据[58]也体现出这一趋势。本文依据上述文献中地磁场总量和倾角数据计算了地磁场水平分量。结果显示, 两千多年来, 北京、洛阳、天水的地磁场水平分量呈显著M形变化(图8) , 峰值几乎是谷值的两倍多。公元前4世纪至公元6世纪初为高峰期, 《论衡》正成书于此;北宋和现代处于低谷期。北京、洛阳、天水围成的区域包括了华北、中原和关中平原, 是先秦至唐代中华文明核心区域。这些数据较为全面地反映了古代地磁场演变状况。本文用2.4节亥姆霍兹线圈模拟古代磁场, 做了系列指向测试。
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