磁北极在哪里？

追逐罗盘指针

在海上漂泊了近二十年后，罗伯特·诺曼在英国伦敦附近定居下来，成了一名设备制造商。他的工作主要是制造罗盘，因为罗盘是水手最重要的导航设备。诺曼用铁来打造罗盘的指针，然后利用天然磁石（一种名叫“磁铁矿”的石头）对指针进行磁化。

诺曼相当了解磁偏角现象——罗盘的指针并不总是指向正北方——不过很快他又发现，除了水平偏角以外，罗盘指针还会往下沉，或者用他的话来说，“下倾”，于是诺曼决定深入探查其中的奥秘。

诺曼注意到，哪怕是质量最好的罗盘指针也无法保持平衡，哪怕支点的位置非常精确，指针的北端依然会微微下倾，因此他不得不在指针南端添加配重。有一天，诺曼制作了一套相当精密的指针和支点，结果却发现指针斜得厉害。为了减轻指针倾斜的程度，他决定把它截短一点。诺曼在笔记中写道：

“结果我把指针截得太短了，辛辛苦苦做好的东西立即变成了一堆废品，我感觉怒火中烧，于是我下定决心，非得弄明白这件事不可。”

诺曼决定制作一件工具——今天我们称之为“磁倾仪”——来探究这种现象，不过首先他想搞清楚指针北极下倾的原因：仅仅是出于磁场的影响，还是指针北端从磁石里吸收了什么“笨重的物质”？

第一个罗盘

诺曼在天平的一端放了几块铁，然后在天平的另一端放了一些铅块，使天平保持平衡。接下来，他用磁石将铁磁化后重新放回盘子里，并记录了自己观察到的结果：

你会发现，铁在磁化前后的重量完全相同。此外，如果罗盘指针北端从磁石里吸收了什么物质，那么它的南端理应出现同样的变化，二者相抵消，指针北端不应该下倾才对。

酒杯实验

现在，你可以找一段大约2英寸（约5厘米）长的铁丝或钢丝，然后把一个软木塞穿在上面。木塞的大小足以带着铁丝漂浮在水面上。

接下来，你应该找个比较深的玻璃杯，如果没有，碗、水杯或者其他容器也行。在容器里装满清水，然后把它放到平稳无风的地方。完成这一步以后，请小心地切削穿在铁丝上的软木塞，让它刚好能够带着铁丝悬浮在水面下大约两三英寸的地方，既不下沉也不上浮，同时木塞两头露出的铁丝也在水面下保持平衡，就像一根完美支撑的杠杆。

换句话说，把软木塞穿在铁丝上以后，诺曼小心地切削木塞，让它正好能够带着铁丝漂浮在水面上。当然，他自己的笔记中写的是“悬浮在水面下方”，但这显然不可能做到，所以我们不妨认为，在他的实验中，水差不多刚好淹没了软木塞和铁丝。

接下来，诺曼取出水中的铁丝，用天然磁石将它磁化后再放回水里。“……你会看见铁丝绕自己的中点旋转，与此同时，也出现了前面描述过的下倾……”

水中的指针可以自由地在三个维度上运动，清晰地指出磁力最强的方向。水提供了理想的实验环境，机械装置不可能达到这样的效果，因为它们的摩擦力太大。

测量纬度

诺曼希望能够制造一种仪器，利用磁针倾斜的角度直接测量纬度。因为我们有充分的理由可以假设，离北极越近，磁针下沉的角度——或者说下倾的程度——就越大，二者之间很可能是稳定的线性关系。不幸的是，事情没有这么简单，不过诺曼的确造出了精密的磁倾仪。

接下来，诺曼开始思考天然磁石的磁场：“当然，我个人认为，如果这种特性（磁力）能够通过某种方式转化为人类肉眼可见的实体，那么它应该是球形的，围绕在磁石外面……”

这个想法真的很棒，但诺曼最后还是和正确的结论失之交臂。直到几年以后，威廉·吉尔伯特才发现，地球本身就是一块巨型磁铁，它形成了一个巨大的磁场——所以罗盘指针才会下倾。