为什么指南针指向北方？答案是指南针被磁北极吸引，但是磁北极和我们通常所说的地理北极不是一个地方。地球周围有一个地球磁场，像一个巨大的能量泡一样包裹着地球，而磁北极就是这个能量泡在北半球的顶点。
虽然地球磁场一直延伸到外太空，但实际上它起源于我们脚下2900公里的地核。地球的外核是由液态铁和液态镍组成的炽热海洋。这个海洋是不断涌动的，靠近地核的液态金属被地核加热后会上浮，靠近温度相对较低的地幔后会冷却下沉，从而形成循环。同时，地球的自转会使流动的液态金属旋转，将环流扭曲成漩涡。这些导电的液态金属不断流动，就像发电机一样，产生电和磁场。
类似于常见的条形磁铁，地球磁场也是两端汇聚，也就是说，磁场强度在南北极最强，从南北极向四面辐射，覆盖整个地球，所以我们周围其实到处都有地球磁场。地质证据表明，这个“地球发电机”可能至少形成于34.5亿年前，但随着时间的推移，当地球炽热的内核逐渐冷却并固化时，地球磁场也会消失——很久以前火星上也发生过类似的情况。当然，这种事情在地球上发生需要几十亿年，但并不代表现在地球磁场是稳定的。
即使是地核温度或液态金属流动状态的微小变化，都会对地球磁场产生重大影响。地球内部扰动引起的地球磁场变化主要有三种。第一个是地球磁极位置的变化。北极现在正从加拿大向西伯利亚移动，移动速度越来越快。过去，磁北极的移动速度平均为每年15公里，但自20世纪90年代以来，磁北极的移动速度增加到了每年55公里。造成这种变化的具体原因尚不确定，但场核中液态铁的高速喷射很可能是罪魁祸首。
二是地球磁场强度的变化。地球不同地区的磁场强度每年都在波动。有迹象表明，在过去的160年里，全球磁场强度一直在逐渐减弱。这种变化的原因可能是非洲地壳下的致密岩石阻碍了地核的运动。
不可思议的是，第三种方式，地核内部液体流动状态的变化甚至会使南北磁极颠倒。事实上，地球磁极倒转已经发生了数百次，但在最近的78万年里从未发生过。磁极反转不是一蹴而就的，往往需要几千年。在遥远的未来(磁极颠倒时)，人们那时的问题将不再是我们今天问的“指南针为什么指向北方”，而是“指南针为什么指向南方”。
文章摘自《万物》 2020年10月。
