飛行日記10-磁羅盤的配重

關於氣壓和高度相關的儀錶已經差不多搞清楚了。關於方向和姿態的儀錶，感覺更龐雜和難。難也得啃，前方有考試！

很多人都玩過指南針。其實看起來簡單的指南針里有很多門道。飛機上的指南針（其實叫做磁羅盤）長成這個樣子：

磁羅盤是一個球體（內置了磁棒）懸浮在液體中（防凍的），密封在一個有觀察窗的金屬殼子里。無需供電和其他外部能源，所以就算飛機故障了沒電了，它依然可以工作。實乃救命稻草。

磁羅盤裡的磁棒始終與磁力線平行，也就是指北。因此在飛機（也就是殼體）拐彎時，與磁棒固定在一起的懸浮球上面的方向和刻度標識通過殼體觀察窗正中的白線告訴你當前方向。

對於專業的指南針，一般人可能不知道，你在一個地區買的指南針，拿到很遠的另一個地方，可能就不太准或者不太好用了！比如在北半球買的專供北半球的指南針，就不太適合你在南半球玩耍時使用。什麼？我讀書少你不要騙我。我一開始也是這種反應，指南針不就是一個磁針始終指北嗎？還分什麼地區南半球北半球？到了南半球北還是北啊，難道還找不到北了？這就引出了關於指南針的一個知識點，叫做magnetic dip，很多使用專業指南針的徒步或者越野愛好者可能知道這個。不太確定中文正確翻譯應該如何。磁性下沉？要講清楚這個dip，還需要從地球的磁性說起。

很多人都知道地球的磁極和地理極不重合，有一個磁偏角。但這個magnetic dip並不是與磁偏角有關，而是與磁力線與地面的夾角有關。如下圖：

說來也好理解，就是因為磁力線在兩極需要回到磁極，因此本來在磁赤道平行於地面（也就是平行於地球內部的那個大磁鐵）的磁力線在磁極就會變化為垂直於地面，否則怎麼回到磁極呢？磁力線太抽象？那麼想的更具體一點，你站在磁極，手裡的指南針應該指向你腳下的磁極，它不再像我們平常在低緯度地區使用時是水平的，而是變成豎直的了。（因此磁羅盤在極地航行時無法使用，不過這就是另一個話題了。）

好在除了兩極地區，就算磁力線已經開始向地面傾斜，它仍存在水平分量（只有磁極地區不存在水平分量，因為cos(90度)=0）。所以指南針雖然已經不再水平，但我們仍能從它的水平分量找到北。這種指南針在磁力線作用下斜向地面，就叫做magnetic dip。

傾斜的指南針對於一些專業用途來說，不太方便，於是廠家就會給指南針加上配重使它保持水平。比如在北半球，指南針的「北」端斜向地面，所以在它的」南「端配重，即可使它保持水平。

那麼問題來了，赤道和高緯度地區指南針傾斜程度不同，南半球指南針斜向地面的那一端和北半球是反的！一個固定的配重顯然不能適應所有地區，這就是專業指南針有一個最佳使用地區的原因。

根據wiki介紹，地球被分為五個zones，每個指南針生產時的配重平衡會針對某個zone，因此最適合在那個zone使用。也有一些廠家號稱有專利技術，配重是可調的或者自動的，可以適應所有五個zone。五個zone劃分如下：

當然，zone劃分的越細，配重越准。

上面的zone的分割線與赤道並不平行，這是因為地球的磁場在各地其實是不均勻的。好在人們對地球的磁場已經研究測量多年，有網站可以查具體的地點的磁力線傾斜角度。比如這裡：

NCEI Geomagnetic Calculatorswww.ngdc.noaa.gov

細心的人可能注意到，這個傾斜還和年月日有關。因為地球的磁場每年都在緩慢變化。。。。還讓不讓人好好開飛機了。

回到飛機上的磁羅盤，因為配重的存在，導致裡面的指南針一頭重一頭輕，因此在飛機加速減速以及轉彎時，重的那一頭因為質量大慣性大會反應滯後，產生誤差。許多考題就是考各種情況下的這種誤差的。只有考慮對了誤差的情況，才能做出正確的動作。

相關wiki：Compass - Wikipedia

Compass balancing (magnetic dip)[edit]

Because the Earths magnetic fields inclination and intensity vary at different latitudes, compasses are often balanced during manufacture so that the dial or needle will be level, eliminating needle drag which can give inaccurate readings. Most manufacturers balance their compass needles for one of five zones, ranging from zone 1, covering most of the Northern Hemisphere, to zone 5 covering Australia and the southern oceans. This individual zone balancing prevents excessive dipping of one end of the needle which can cause the compass card to stick and give false readings.[28]

Some compasses feature a special needle balancing system that will accurately indicate magnetic north regardless of the particular magnetic zone. Other magnetic compasses have a small sliding counterweight installed on the needle itself. This sliding counterweight, called a rider, can be used for counterbalancing the needle against the dip caused by inclination if the compass is taken to a zone with a higher or lower dip.[28]

wiki給的一個鏈接：Global Compasses

推薦閱讀：