新研究揭示地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的過程 _神秘

地核里熔化金屬的電阻率將非常低，而熱傳導(dǎo)率太高，無法產(chǎn)生磁場(chǎng)
（報(bào)道）據(jù)鳳凰科技（編譯/嚴(yán)炎劉星）：科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，地球的磁場(chǎng)對(duì)于我們的存在至關(guān)重要，因?yàn)樗Ｗo(hù)了地球上的生命不受到致命宇宙射線的傷害。它主要是由地球核心液態(tài)鐵的混亂運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。鐵是一種金屬，這意味著它能夠傳導(dǎo)電子從而產(chǎn)生電流。卡內(nèi)基梅隆學(xué)院的羅納德•科恩(Ronald Cohen)和張鵬（Peng Zhang）帶領(lǐng)的一支科研小組的最新發(fā)現(xiàn)展示，想要解釋地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的過程，就必須要找到解釋金屬為什么在加熱后導(dǎo)電性減少的傳統(tǒng)理論里缺失的一塊。這項(xiàng)研究被發(fā)表在期刊《自然》上。
地球的中心非常炙熱，地球核心流向地表的熱量被認(rèn)為推動(dòng)了地球動(dòng)態(tài)性的絕大部分，從火山活動(dòng)到板塊運(yùn)動(dòng) 。一直以來科學(xué)家都認(rèn)為熱流動(dòng)驅(qū)動(dòng)了地球液態(tài)鐵核心里的所謂的熱對(duì)流——最熱的液體變得較為稀薄并上升，而冷卻更密集的液體則下沉——從而產(chǎn)生了地球磁場(chǎng) 。但近期的計(jì)算結(jié)果質(zhì)疑了這一理論，從而提出了新的問題尋求新的解釋。
在最新研究里，科恩和張以及美國羅格斯大學(xué)的克里斯蒂亞•豪萊（Kristjan Haule）使用了一種新的計(jì)算物理學(xué)方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原始的熱對(duì)流理論其實(shí)是正確的。他們的結(jié)論主要是基于發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)30年代提出的經(jīng)典金屬理論其實(shí)是不完整的。
【新研究揭示地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的過程】金屬里的電子，例如地核里的鐵，攜帶電流和熱量。一種材料的電阻率會(huì)阻礙電流。經(jīng)典的金屬理論解釋稱電阻率會(huì)隨著溫度的升高而增加，這主要是因?yàn)闊崃吭黾訉?dǎo)致原子振動(dòng)更加頻繁。這一理論認(rèn)為高溫時(shí)電流里的電子因遇到振動(dòng)的原子而反彈，從而產(chǎn)生電阻。這些電子不僅攜帶電荷，還攜帶能量，因此熱傳導(dǎo)性與導(dǎo)電性是成比例的。
這項(xiàng)據(jù)稱完全推翻統(tǒng)治過去幾十年的有關(guān)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的流行理論的最新研究認(rèn)為，熱傳導(dǎo)無法推動(dòng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。這些研究里的計(jì)算表明地核里熔化金屬的電阻率——這主要是通過電子分散過程所產(chǎn)生的——將非常低，而熱傳導(dǎo)率太高，因此無法實(shí)現(xiàn)通過熱傳導(dǎo)產(chǎn)生磁場(chǎng) 。
科恩、張和豪萊的最新研究顯示大約一半以上產(chǎn)生的電阻率的原因被忽略：它源于彼此分散的電子，而非因原子振動(dòng)而分散的電子。“我們揭開了隱藏了80多年的效應(yīng)，” 科恩說道。“而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)其實(shí)最原始的動(dòng)態(tài)理論其實(shí)是正確的。”