科学家开采用于地球物理研究的16世纪船舶日志

Eos · 企业 · 05月17日
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当船舶从航行时代到20世纪探索世界时,水手们使用太阳和星星来保存详细的导航记录。科学家们在这些船舶日志中搜索有关地球磁场的线索,其中许多日志保存在欧洲图书馆。这项工作于2000年发表,创造了过去4世纪的第一张磁场地图。第三个舱与启动该项目的历史学家进行了交谈,该项目涉及将历史测量数据转化为尖端科学数据的试验和磨难。

作为历史系的研究生,阿特·容克斯(Art Jonkers)在研究有关地球磁场的科学思想演变的同时,开始了这个项目。他希望获得该领域的实际科学记录来补充他的研究。但科学记录并不存在,迫使容克斯进行创新,这不是一项直观的创新:地球磁场随时间和空间的变化而变化,因为它反映了地球核心复杂的流体运动。

这个难题让容克斯通过伦敦、巴黎、哥本哈根和塞维利亚的图书馆进行了一年的探索。

这个难题让容克斯通过伦敦、巴黎、哥本哈根和塞维利亚的图书馆进行了一年的探索。容克斯与利兹大学的科学家一起,将在欧洲西方殖民时代启航的商船上的旧船舶日志数字化。除了其他信息外,这些日志还包括磁衰减测量,可以用来揭示当地磁场随时间的变化。

容克斯和他的同事们利用这些测量数据绘制了一张400多年来磁场变化的地图,并在《英国皇家学会A哲学交易》(Philosophical Transactions of the Royal Society A)上发表了这篇论文。这篇论文被引用了近一千次,容克斯的着作《航海时代的地球磁场》(Earth ' s Magnetic in the Age of Sail)对这一主题进行了更深入的研究。

虽然容克斯现在正在探索地球物理学的其他问题,但他说,历史上的船舶日志可能对其他自然系统的变化有秘密,例如天气、海冰和鲸鱼的视觉。寻找它们将发现更多几百年来一直在黑暗中的数据。

-工作人员作家Jenessa Duncombe(@ jrdscience)

Shane Hanlon(00 : 00):嗨,南茜。

Nanci Bompey(00 : 01):你好, Shane 。

Shane Hanlon(00 : 03):你好吗?

南茜·邦比:好的,你好吗?

Shane Hanlon(00 : 05):很好,所以今天我想谈谈海边的棚户区。

Nanci Bompey(00 : 10):我不知道那是什么。

Shane Hanlon(00 : 11):哦,我的天哪。好吧,我们正要引进我们的联合制片人Jenesa 。嗨, Jenessa 。

Jenessa Duncombe(00 : 18):嘿,伙计们。

Shane Hanlon(00 : 19): Can ,你向南茜解释什么是海上棚屋?

Jenessa Duncombe(00 : 23):那么,海上棚屋应该是水手们唱的东西,他们在工作的时候会唱,他们会唱歌,喜欢在甲板上擦洗,不管水手们做了什么。

南茜·邦比(00 : 49):哦,好吧。我的意思是,我可以想象。

Shane Hanlon(01 : 00):是的,他们在这里有节奏,像Dun , Dun之类的。他们就像,

Nanci Bompey(01 : 07):所以,等等,在开始录制之前,你说他们现在因为COVID而流行。为什么喜欢人们编造他们?还是喜欢唱歌?

Shane Hanlon(01 : 17):是的。所以发生的事情是,它在TikTok上流行,基本上像一些人一样,我忘记了他的名字,我相信它是一个爱尔兰人,像在TikTok上录制这个海上棚屋一样。我想,这是一个众所周知的海上棚屋,在......

Jenessa Duncombe(01 : 32):井工。

Shane Hanlon(01 : 33):井工,是的。谢谢。我一生中从来没有说过这么多海棚屋,然后人们才开始在TikTok上......你基本上可以和人二重唱。所以你可以通过视频交谈,人们刚开始复制这个,它爆炸了,海棚屋已经有一段时间了。我真的很惊讶我们没有在AGU做任何事情,或者你没有在社交媒体上遇到他们。

南茜·邦比(01 : 56):我的意思是,也许,我不知道。

杰妮莎·邓康比(01 : 58):这真的很重要,因为你得到了像富男中音那样的东西。如果你这样做,就像人们的合唱一样,那么你也可以在那里得到一些弦乐。 TikTok的明星是苏格兰明星内森 。他上一次的浏览量超过800万次。

Nanci Bompey(02 : 18):好吧,我想我现在必须去做一些TikTok研究。谢谢。

沙恩·汉伦(02 : 23):欢迎南茜。这就是我们来这里的目的。

Shane Hanlon(02 : 29):欢迎来到美国地球物理联盟(American Geophysical Union)关于科学家和科学背后的方法的播客。这些故事你不会在手稿中阅读,也不会在讲座中听到。我是Shane Hanlon 。

Nanci Bompey(02 : 38):我是Nanci Bompey 。

Shane Hanlon(02 : 40):这是来自太阳的第三个豆荚。南茜。不过,我们不仅试图让你了解目前的TikTok趋势,这只是一个有趣的插曲,试图描述其中的一些事情。但是的,我们将很好地谈论可能不一定是海上棚户区,但我将让给我们带来这一集的Jenessa进入实际描述。

杰妮莎·邓康比(03 : 10):是的。所以今天我们将听到一个关于公海的故事,这就是为什么我想从海鞘开始。所以这是一个关于历史学家的故事,他实际上是在挖掘旧的船日志来获取科学数据的。这些日志是由水手们在16世纪穿越海洋时写下的。因此,事实证明,他们刚刚需要的导航日志,所以它们不会丢失,实际上是科学数据的宝库,特别是在地球磁场上,这有点令人吃惊。所以,今天的研究人员研究我们的磁场,以了解它如何保护我们免受太阳的辐射,但我们在卫星和其他类型的技术之前没有很多测量我们的磁场的方法。因此,这些海洋记录非常罕见,非常有趣,因此,这个历史进行了很多挖掘。所以我想告诉你更多关于他的旅程,进入这些海洋记录,了解他们对地球的意义,然后重新发表了成千上万次

艺术容克斯(04 : 39):我的名字叫艺术容克斯。我是一名荷兰学者,目前在德国明斯特大学地球物理学研究所工作。

杰妮莎·邓康比(04 : 48):在我们开始之前,地球的磁场到底是什么,是什么产生的?

艺术·容克斯(04 : 54):所以地球的磁场是一个力场。你可以想象在南极出口的磁场线,穿过地球大气层进入空间,向北极弯曲,然后再次进入。因此,这是一个影响表面仪器的磁场。例如,你的罗盘将试图与当地的磁场线对齐,就像一张纸上的铁屑一样,将试图遵循你所持有的棒状磁铁的磁场线。但地球的磁场不是行星大小的棒状磁铁,因为它在地球内部太热,棒状磁铁几乎会瞬间融化。因此,它是流体运动和地球旋转的复杂过程,产生了所谓的液体或流体发电机过程。

杰妮莎·邓康比(05 : 56):那么磁场为什么会改变呢?

艺术容克斯(05 : 58):因为它不是由固定的棒状磁铁产生的,而是由弯曲的旋转液体产生的,它就像大气中的气流,只有在外核顶部向下、向下,流体流动影响磁场,磁场影响流体流动。所以它变得非常复杂,并随着时间的推移而变化。

杰妮莎·邓康比(06 : 24):你是如何开始这项工作的?

艺术容克斯(06 : 26):我对发现隐藏的信息层的概念着迷。我在历史上的重点是海洋历史和科学史。在那里,有许多分散的人在世界各地进行自然观测。但这往往是非常零散的。所以我知道我必须有一个全球性的方法来理解我将要看到的任何东西。在我的例子中,我对地磁场感兴趣。所以我当时需要对这个领域进行地理物理上健全的重建。所以我接触了利兹的人,他们是那里的地球物理学家,试图做完全相同的事情,试图在过去重建一个领域。

杰妮莎·邓康比(英语: Jenessa Duncombe)(07 : 14):作为他的历史研究的一部分,艺术正在研究历史上科学家们认为地球磁场的样子。为了将他们的记录与地球上实际发生的事情进行比较,他认为科学家们必须在某个地方有一些参考,对吧?一些关于地球磁场过去的样子的地图。但事实证明,它们至少在过去几百年里不是这样的。实际上,我们对地球磁场变化的理解存在差距。我们知道地球磁场在数百万年的历史中看起来是什么,因为你实际上可以查看旧岩石的记录,并查看它们的矿物如何记录地球磁场。但对于更多的岩石,你不能这样做,所以我们的记录中就有这个差距。艺术对此感到沮丧,他决定制定自己的地球磁场在过去400年里的样子。他查看了海洋记录,发现了称为磁场衰减的测量数据,

艺术容克斯(08 : 37):我倾向于把它称为第三个坐标,因为你经常看到港口和其他陆地景观的描述,具体说明纬度、某日

Jenessa Duncombe(09 : 09):你要做什么,才能获得数据,才能获得这些历史测量值。

艺术容克斯(09 : 15):观察到的大部分来自东印度的航行,这是以大型殖民企业为基础的,我们现在称之为跨国公司,拥有自己的军队,当然,殖民地对他们试图在那里开发的人来说并不很好。

杰妮莎·邓康比(09 : 36):艺术去了,发现了这些在欧洲图书馆里仍然存在的旧文件。他查看了16世纪到20世纪的日志。在这个时候,西欧国家向世界各地派遣船只,在此期间,海员们小心翼翼地拿着磁力衰减的导航箱。艺术开始了多年的探索,以发现这些测量值。

艺术容克斯(10 : 12):我在伦敦、巴黎、哥本哈根、塞维利亚花了三年时间,在那里,历史学家的技能也发挥了作用,因为你需要知道你的学习对象。你需要知道这些海事组织是如何构建的。那么,这些文件最终在哪里呢?个人档案在哪里?你可以去那些不允许公众进入的地方。所以对于我来说,我最喜欢的地方是牛津大学的博德莱安图书馆,在那里,在你进入之前,你必须庄严宣誓,不要在那里点燃任何火焰。这很棒,然后你最终可以进入,那里有大量的木雕书柜,然后在墙上画,就像一个魔戒之王的东西。你一半希望甘道夫坐在角落里研究一些古老的谈话。

Jenessa Duncombe(11 : 14):当你处理这些文件时,你必须戴手套吗?就像,它只是非常......每个人都必须是,我不知道,你几乎必须保持沉默,这样你才不会,它不会在你面前瓦解。

艺术容克斯(11 : 40):嗯,它并不那么糟糕。它实际上相当坚固。它必须在一两次远洋航行中幸存下来。它经受了时间的考验,比许多现代纸质文件都要好得多。但是导航日志,处理这些手稿很好。你大部分时间都不用戴手套,但过了一段时间,你的手指确实很脏。装订中也有沙子,因为它们把它扔在纸上,让墨水晾干。当你打开手稿时,其中一些沙子就掉了,所以如果你触摸它,那么你可能是自作者300年前触摸它以来第一个触摸沙子的人。太棒了。

杰妮莎·邓康比(Jenessa Duncombe , 12 : 28):我觉得这些日志很酷的一点是,在那段时间里,人们在世界各地航行。从欧洲,穿过大西洋,也到了印度洋,进入塔斯曼海,甚至一直到太平洋。艺术与地球物理学家安德鲁 、安妮· 穆雷(Anne 穆雷)和沃克(马修 沃克)在领导大学(University of Leads)合作,把测量结果变成了科学上严格的东西。他们必须对船只实际在太空中的位置进行三角测量,并解释领航员在航行过程中犯下的错误。有时,这项工作很艰难。

艺术容克斯(13 : 10):其中最困难的部分是心理上的损失,因为基本上,你必须有足够的强迫性,才能继续专注,但没有那么强烈的强迫性,以至于你完全疯了,你必须在黑暗中工作大约三年,因为我们必须完成整个档案阶段,才能在空间上纠正所有这些航行,然后进行所有的计算。所以,当你在档案中工作时,你永远不会知道你拥有的东西是否足够好,才能成功。

杰妮莎·邓康比(13 : 47):哇,你怎么走的?

艺术容克斯(13 : 50):嗯,我喜欢散步,所以在空闲的日子里,我非常了解巴黎,伦敦是我一直最喜欢的城市,是的。有时看卡通片会让你分心。

杰妮莎·邓康比(14 : 13):翻阅这些日志真的把艺术带回了公海。我有点嫉妒他。所以我问他能不能给我们寄一本旧日志的片段。他在1769年的一次非常不幸的探险中给我们寄了这篇文章。精彩的亚历克斯·豪(Alex Howe)将阅读这篇文章。

亚历克斯·豪(英语: Alex Howe)(14 : 44):大风很大,阵阵大雨过多,大海很大,天空阴沉。中午,当我们与我的军官协商时,我们发现换班的前景并不渺茫,我们一致同意不考虑我们将与船和我们自己一起冒更大的风险,在我们有28人无力履行任何职责,船上几乎没有人没有受到某种形状的坏血病的影响的情况下,再打败任何一个人。我们认为马达加斯加岛上的圣奥古斯丁湾是最好的港口,因为我们知道有很多好的准备,这是我们想要的主要东西。

艺术容克斯(15 : 27):在暴风雨的天气里,他们的作品可以写得很潦草。所以你知道,在这些人进行这次航行时,你与他们有直接的联系。偶尔也会发生这些壮观的事件,比如雷击,多佛号(Dover)船在破坏索具的过程中,使部分船员瘫痪和失明,这当然是壮观的。我发现的最好的事情是,你发现的意外的小碎片是彗星的视觉。所以,船偶尔会在海上。描述一下地球上其他任何地方都看不到的彗星,因为它们离欧洲大陆那么远。

艺术容克斯(16 : 08):因此, 1747年在南印度洋的一颗彗星被证明是返回的轨道,在1746年欧洲观测到太阳系接近太阳之后,它离开了太阳系。因此,我联系了史密森尼学会的布莱恩马斯顿,他在过去收集了这些彗星的观测结果。通过第二次观测,我们比以前更准确地确定了提交轨道。正是这些小碎片让我们可以忍受,然后你突然发现了完全脱离框架的东西。

杰妮莎·邓康比(16 : 43):当然,艺术不仅看到了历史的奇迹,也看到了历史的邪恶。

艺术容克斯(16 : 50):然后是无数的事故被描述。偶尔的人出船,偶尔的自杀,以及类似的奴隶制日志,它们在航行上非常重要,因为它们沿着东西方向而不是南北方向穿越大西洋。所以它们以不同的方式,以不同的航行方式覆盖大西洋的不同部分,即所谓的纬度航行。但这是付出了巨大的代价,奴隶制日志本身也是非常令人不快的阅读。

Jenessa Duncombe(17 : 25): Art和他的同事使用了来自许多来源的数据。很难知道奴隶船的总体百分比。 Art认为,他查看的数据中有6%来自载着被奴役者的船只。过去,西方研究人员以科学的名义拿走了人们的代理、同意或土地。虽然这些数据最初不是在科学船上收集的,但它提醒你不必费力或费力地寻找我们的数据中的种族主义工件。这个问题今天在我们的算法中仍然存在。

艺术容克斯(18 : 01):是的,你意识到过去确实是一个外国,然后人们对我们现在认为完全不可接受的事情有完全不同的态度。你可以在多大程度上进入3400年前某个人的心态是有限制的。

杰妮莎·邓康比(Jenessa Duncombe)(18 : 24):最终,艺术和他的合作者将2000多本日志图书数字化。这项工作早在90年代就完成了。所以,尽管艺术编写了计算机程序来帮助这项工作,但这仍然是一个艰苦的过程。艺术认为,如果今天这样做了,也许你可以使用人工智能扫描日志,但这将是一个挑战。顺便提一下,这些记录中有很多是用荷兰语、法语、西班牙语、丹麦语和葡萄牙语写的,所有这些语言都是艺术可以阅读的。我问艺术,团队收集了多少这些测量数据?

艺术容克斯(英语: Art Jonkers)(19 : 00):它是2400次航行和177 , 000次磁偏转倾角观测,后来也是强度。

Jenessa Duncombe(19 : 11):所以在这项研究中,你做了这些测量,然后把它们插入一个数学模型中。你发现了什么?

艺术容克斯(19 : 19):所以我们得到的是我们所说的GUFM1 ,从1590年到1990年,在岩心顶部第一次重建地磁场的全球磁场地图。从那时起,它一直延伸到今天。从这个磁场的磁场地图上,你可以重建岩心顶部熔融铁的流体流动。

Jenessa Duncombe(19 : 50):我对所有这些工作都在创造的这张全球野外地图很好奇。所以我查阅了2000年在皇家学会发表的论文。我正在浏览这些城市。你可以看到,这篇论文已经被用于研究极光,地球核心的流体流动,空间天气。我的意思是,这里有各种各样的应用。

艺术容克斯(20 : 19):这张地图还捕获了场特征,地磁场特征,这些特征为试图建模地球动力学的人提供了限制。所以,只要把物理放入计算机,然后试图得到一个现实的类似地球的场。这非常困难,因为这些系统非常复杂。因此,每个拥有适当软件的人现在都可以为自己的研究生成自己的场重建,并且单独地,数据集已经通过爱丁堡的英国地质调查局(British Geological Survey ,简称British Geological Survey)存储在世界数据中心。希望它们也能为未来几代人的地球磁场研究人员提供思考的食物。

Jenessa Duncombe(21 : 01):这个项目是如何改变你的职业生涯的?

艺术容克斯(21 : 06):这是因为在这之后,我有点离开了历史。在获得博士学位后,我在利兹大学做了一个地球物理学博士后,只是为了完成这项工作,也是为了将论文的部分内容改写为约翰霍普金斯大学出版社(Johns Hopkins University Press)于2003年出版的一本更容易阅读的书,名为《帆船时代的地球磁场》(Earth ' s Magnetic in the Age of Sail)。这本书既涵盖了它的海洋部分,也涵盖了当时科学史上关于人们提出的解释地球磁场的想法的更多内容。

杰妮莎·邓康比(21 : 42):之后,他从一个团契跳到另一个团契,见到了他的妻子,她是地震学家。当她在明斯特大学被任命时,他和她一起去了。

艺术容克斯(21 : 52):所以,现在我回到物理领域,和我的妻子合作,限制矿物学和最下层的地幔,我现在正在寻找地震学的统计数据,而不是地磁,但不管学科如何,它总是归结为将信号与噪音分离,并试图揭示隐藏的信息层。这对我来说是一种兴奋。这是我留在科学领域的主要动机,不管学科是什么。

Shane Hanlon(22 : 27):这对我来说太迷人了,我想,在这种情况下,我们可以从船舶日志中学到很多关于磁场的东西,还有什么?就像我们可以从其他船舶日志中学到什么一样?

杰妮莎·邓康比(22 : 41):哦,这么多东西。我的意思是,这些日志包括世界各地的天气信息。它们还包括看到鲸鱼,这将是很酷的。你甚至可以看看海冰模式,看看它们是如何随着时间的推移而变化的。所以,我的意思是,我们在本质上可以处理几个世纪以来一直在黑暗中的测量。

Shane Hanlon(23 : 04):这很酷。我期待着在未来学习新的东西。好吧,这都是来自太阳的第三舱。

Nanci Bompey(23 : 14):感谢Jenessa给我们带来这个故事。当然,也感谢Art与我们分享他的作品,并特别感谢Alex Howe阅读日志中的引用。

Shane Hanlon(23 : 24):这个播客由Jenessa制作,感谢我们的声音工程师Kayla Surrey 。

Nanci Bompey(23 : 30):我们很想听听你的想法。请对它进行评分和评论。你可以在你的播客和ThirdPodFrom Thesun . com上找到我们。

Shane Hanlon(23 : 37):谢谢大家。下次我们再见。

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