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研究人員：

羅伯特·諾曼

研究領域：

地球科學

實驗結論：

自由漂浮的羅盤指針會深深扎進水里，指向極點

磁北極在哪里？

追逐羅盤指針

在海上漂泊了近二十年后，羅伯特·諾曼在英國倫敦附近定居下來，成了一名設備制造商。他的工作主要是制造羅盤，因為羅盤是水手最重要的導航設備。諾曼用鐵來打造羅盤的指針，然后利用天然磁石（一種名叫“磁鐵礦”的石頭）對指針進行磁化。

諾曼相當了解磁偏角現象——羅盤的指針并不總是指向正北方——不過很快他又發現，除了水平偏角以外，羅盤指針還會往下沉，或者用他的話來說，“下傾”，于是諾曼決定深入探查其中的奧秘。

諾曼注意到，哪怕是質量最好的羅盤指針也無法保持平衡，哪怕支點的位置非常精確，指針的北端依然會微微下傾，因此他不得不在指針南端添加配重。有一天，諾曼制作了一套相當精密的指針和支點，結果卻發現指針斜得厲害。為了減輕指針傾斜的程度，他決定把它截短一點。諾曼在筆記中寫道：

“結果我把指針截得太短了，辛辛苦苦做好的東西立即變成了一堆廢品，我感覺怒火中燒，于是我下定決心，非得弄明白這件事不可。”

諾曼決定制作一件工具——今天我們稱之為“磁傾儀”——來探究這種現象，不過首先他想搞清楚指針北極下傾的原因：僅僅是出于磁場的影響，還是指針北端從磁石里吸收了什么“笨重的物質”？

第一個羅盤

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諾曼在天平的一端放了幾塊鐵，然后在天平的另一端放了一些鉛塊，使天平保持平衡。接下來，他用磁石將鐵磁化后重新放回盤子里，并記錄了自己觀察到的結果：

你會發現，鐵在磁化前后的重量完全相同。此外，如果羅盤指針北端從磁石里吸收了什么物質，那么它的南端理應出現同樣的變化，二者相抵消，指針北端不應該下傾才對。

酒杯實驗

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現在，你可以找一段大約2英寸（約5厘米）長的鐵絲或鋼絲，然后把一個軟木塞穿在上面。木塞的大小足以帶著鐵絲漂浮在水面上。

接下來，你應該找個比較深的玻璃杯，如果沒有，碗、水杯或者其他容器也行。在容器里裝滿清水，然后把它放到平穩無風的地方。完成這一步以后，請小心地切削穿在鐵絲上的軟木塞，讓它剛好能夠帶著鐵絲懸浮在水面下大約兩三英寸的地方，既不下沉也不上浮，同時木塞兩頭露出的鐵絲也在水面下保持平衡，就像一根完美支撐的杠桿。

換句話說，把軟木塞穿在鐵絲上以后，諾曼小心地切削木塞，讓它正好能夠帶著鐵絲漂浮在水面上。當然，他自己的筆記中寫的是“懸浮在水面下方”，但這顯然不可能做到，所以我們不妨認為，在他的實驗中，水差不多剛好淹沒了軟木塞和鐵絲。

接下來，諾曼取出水中的鐵絲，用天然磁石將它磁化后再放回水里。“……你會看見鐵絲繞自己的中點旋轉，與此同時，也出現了前面描述過的下傾……”

水中的指針可以自由地在三個維度上運動，清晰地指出磁力最強的方向。水提供了理想的實驗環境，機械裝置不可能達到這樣的效果，因為它們的摩擦力太大。

測量緯度

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諾曼希望能夠制造一種儀器，利用磁針傾斜的角度直接測量緯度。因為我們有充分的理由可以假設，離北極越近，磁針下沉的角度——或者說下傾的程度——就越大，二者之間很可能是穩定的線性關系。不幸的是，事情沒有這么簡單，不過諾曼的確造出了精密的磁傾儀。

接下來，諾曼開始思考天然磁石的磁場：“當然，我個人認為，如果這種特性（磁力）能夠通過某種方式轉化為人類肉眼可見的實體，那么它應該是球形的，圍繞在磁石外面……”

這個想法真的很棒，但諾曼最后還是和正確的結論失之交臂。直到幾年以后，威廉·吉爾伯特才發現，地球本身就是一塊巨型磁鐵，它形成了一個巨大的磁場——所以羅盤指針才會下傾。