Nature: 地球磁场年纪多大？热力学实验有说法

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地球的磁场 (地磁场) 除了能决定我们南北磁极的位置，还为地球提供了强大的保护层，免受有害的太阳风和辐射的侵袭。而维持这重要磁场的地质作用已经存在多久了呢？最新研究为长期以来困扰着人们的地球发电机假说给出了答案，指出地磁场已运行了约34亿年。相关报道已于6月1日发表于《Nature》。

来自德国DESY Photon Science的研究人员Zuzana Konôpková表示：“地球磁场能够帮助我们抵御太空高能粒子的危害，也就是所谓的宇宙辐射。它的存在是我们地球适合人类居住的重要保障之一。”

到目前为止，没有人能够确定地磁场在地球上存在的时间。地球内部产生磁场的机制一直以来被称为发电机假说。它认为磁场是由于地球外核内的熔化了的铁和镍的对流以及整个行星自转的科里奥利力作用造成的。

人们认为，地球内核由固态铁组成，但外核则流动着液态铁合金。伴随着地球自转，其移动方式正好保护地球免受宇宙粒子的侵害。

关于地球内核与外核的关系，以及热能如何在两者间传递从而制造发电机原理，科学家们几十年来都在争论。毕竟，那样的深度、压力和热量，不像地面条件这样适合我们去研究。

深入地心取样当然是天方夜谭，所以Konôpková及其团队决定模仿内外核之间的热量关系，从而模拟出地核的相关环境。

研究人员利用激光加热的钻石压腔来测定在极限条件下铁的导热性能。该设备由红外线激光加热金属铁，以模仿地球核心的极限压力。

Konôpková表示：“我们想了解地核驱动发电机原理的能量收支情况，所以测量了铁的导热性。地球磁场的产生和维持在很大程度上都依赖于地核的热力学。”

研究团队假设，如果像以前研究计算的那样，大量的热借由铁传递，那么剩余的不多的能量将不足以驱动发电机假说的对流。也就是说，较低的热传导性将保证更多能量来生成地球的磁场。

在地球物理学家中，关于导热性问题存在着巨大的争论，这使得解释地球磁场的历史变得更加困难。

实验中，研究人员发现经过加热的铁样本具有较低的热传导性，这意味着更多的能量会留下来助力发电机假说，由此测算而来的地球磁场年龄至少为34亿年。

“我们的结果和理论计算具有较大的差异，” Konôpková介绍，“不过我们所看到的热传导性很低，大约在18-44w/m·k。这能够支持地球发电机假说的成立，并说明其在地球早期就已经存在。”

不过，地球内部的热力学过程还有很多我们未知的东西。此类研究所得出的结果仍然是高度假设性的。目前，该团队正在研究地核中可能存在的非铁金属的导热性，以了解它们对地球发电机假说的影响。

原文链接

http://www.sciencealert.com/scientists-just-solved-the-riddle-of-how-long-earth-s-magnetic-field-has-protected-the-planet

http://www.nature.com/nature/journal/v534/n7605/full/nature18009.html

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