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翻譯：劉奕征

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責(zé)任編輯：王啟儒

原文發(fā)布于 universetoday.com

地球的磁場如同一面無形的盾牌，保護(hù)我們的星球免受有害宇宙輻射的侵襲。如果沒有這面盾牌，那些輻射就會(huì)剝離我們的大氣層，使生命基本不可能出現(xiàn)。與失去了絕大部分的防護(hù)磁場，至今仍不斷遭受太空粒子的轟擊的火星不同，數(shù)十億年來，地球上這一至關(guān)重要的防御系統(tǒng)始終保持著正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

但是，這個(gè)保護(hù)性的磁場是如何形成的呢？在我們星球年輕得多的時(shí)候，它是否可能就已經(jīng)存在了？來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）和中國南方科技大學(xué)的科學(xué)家的新研究提供了答案，從根本上重塑了我們對早期地球的認(rèn)識(shí)。

計(jì)算機(jī)模擬的極移。

Credit: universetoday.com

人們早就知道，地球的磁場源于所謂的“發(fā)電機(jī)效應(yīng)（dynamo effect）”。在我們星球的深處，液態(tài)的鐵鎳內(nèi)核隨著時(shí)間的推移逐漸冷卻，形成了稱為對流（convection currents）的金屬環(huán)流。隨著地球的自轉(zhuǎn)，這些環(huán)流也呈現(xiàn)出螺旋狀的運(yùn)行模式，從而產(chǎn)生足以激發(fā)地球磁場的電流。

然而，這個(gè)理論存在一個(gè)顯著的問題。地球的內(nèi)核在大約十億年前才開始結(jié)晶和凝固。在此之前，整個(gè)內(nèi)核完全是液態(tài)的。那么關(guān)鍵的是：內(nèi)核在液態(tài)階段是否就已能夠產(chǎn)生足以保護(hù)早期生命的磁場呢？

該研究團(tuán)隊(duì)利用高性能計(jì)算機(jī)，開發(fā)了程序模型以模擬完全液態(tài)的內(nèi)核，探究其是否能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。這一研究之所以如此引人注目，是其成功地將地球內(nèi)核黏度的影響降到了可以忽略不計(jì)的水平，而這是以往任何相關(guān)研究都未能做到的。這一新模型的模擬結(jié)果證明，地球的磁場確實(shí)可能在數(shù)十億年前就已經(jīng)產(chǎn)生，并且其運(yùn)作方式與今天基本相同。論文第一作者、南方科技大學(xué)的林玉峰（Yufeng Lin）表示：“迄今為止，還未有人能在如此準(zhǔn)確的物理?xiàng)l件下完成這樣的計(jì)算?！?/p>

地球磁場產(chǎn)生原理。
Credit: universetoday.com

這一發(fā)現(xiàn)對我們探索地球生命的演化過程有著深遠(yuǎn)的意義。顯然，從數(shù)十億年前起，生命就受益于這個(gè)磁場。它阻擋了來自太空的有害輻射，從而使得早期生命有了發(fā)展的可能。如果沒有磁場的保護(hù)，強(qiáng)烈的輻射將使地球表面環(huán)境變得極其惡劣，無法支持那些最終導(dǎo)致了生命誕生的精密的化學(xué)過程。

從本質(zhì)上講，磁場為地球上的生命爭取了起步的時(shí)間——它創(chuàng)造了一個(gè)安全的環(huán)境，使得地球上復(fù)雜的分子能夠形成和演化，而并未持續(xù)受到來自太空的高能粒子的干擾。對地磁場的理解不僅關(guān)乎遠(yuǎn)古歷史，也對現(xiàn)代世界至關(guān)重要。地磁場在現(xiàn)代文明的許多方面（如衛(wèi)星通訊等）都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，衛(wèi)星導(dǎo)航、電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)都依靠這面無形的盾牌來運(yùn)行。然而，自地球誕生以來，地磁場的極性已經(jīng)翻轉(zhuǎn)過數(shù)千次了，而且科學(xué)家最近也觀測到磁北極的位置正在快速移動(dòng)。地磁場的變化與翻轉(zhuǎn)都可能會(huì)對我們這個(gè)依賴科技的社會(huì)造成巨大影響，但幸好通過進(jìn)一步理解地磁場的工作原理，研究人員將可以更準(zhǔn)確地對其進(jìn)行預(yù)測。

『天文濕刻』 牧夫出品

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Image credit: NASA/Joel Kowskyt

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