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南北极"对调"绝非空想 地球磁场正诡异向西偏移

http://www.kexue.com 2013-10-11 09:29:56 凤凰科技  发表评论


这张艺术家印象图展示了金星、地球和火星的磁场与太阳发射的带电粒子流发生相互作用。地球磁场保护了自身不受到伤害

  地球磁场保护了地球不受到来自太阳带电粒子流的影响,避免它成为贫瘠的、类似火星的不毛之地。在过去的300年间,科学家们记录了磁场向西漂移的特征,却一直无法解释其中的原因。基于之前研究获得的见解,以及近四个世纪收集的数据,一支国际科学家小组提出了一个新模型,以解释地球磁场向西漂移的原因。

  “就地核-地幔对齐的状态,科学家们曾提出不同的配置,”研究首席作者、法国巴黎第七大学的朱利安·奥伯特(Julien Aubert)这样说道。“具体的成分一直都没变,只是他们一直没有找到正确的配置,尤其是导致产生地磁向西漂流特征的。”

  温度和引力的驱动

  包围地球的磁场是由地球地核深处的相互作用产生的。地球内核是固体,而外核则是流动的液态铁,后者产生电流最终导致磁场的产生。环绕地球的磁场一直发生着变化,这种漂移主要发生在西半球低纬度地区。这种赤道附近产生的快速移动磁块以20千米每年的速度漂移。这些变化是由地核密集活动区域驱动的,而产生这种活动的原因科学家一直无法解释。

  基于长达400年收集的数据,包括十多年的持续全球卫星观测,奥伯特的研究小组创造了第一个解释磁场向西漂移的模型。引力导致内核和地幔对齐,逼迫外核的流体金属形成巨大的旋转漩涡,也被称为环流。这些环流大的深至2700千米深处的地幔层,较小的环流则靠近地表。由于这些环流主要集中在低纬度地区,核心对流驱逐它们并推动它们向西移动,模型这样显示。

  同时,冷却的地球导致外核缓慢的固化。在几百万年的时间内,整个地核将变成固态铁。研究小组总结称地核并非均匀生长,而是以不同速率冷却,整个地核的固体物质的改变有所差异。“印度尼西亚下方的内核增长是最快的,因为它受到地球地幔的影响。” 奥伯特这样说道。

  这种分离冷却导致外核浮力的不均匀释放,当它到达地核表面它将扭曲环流,这些转移创造了西半球赤道附近向西漂移的板块。研究小组的发现被发表在10月9日的期刊《自然》上。


地球磁场是由熔外层地核的相互作用产生的。流动的铁会产生电流,电磁场会持续发生变化

  数个世纪的记录

  为了创造这个细节模型,奥伯特不仅依赖了现代卫星观测,还结合了数个世纪前收集的数据。“1962年,英国天文学家埃德蒙·哈雷(Edmund Halley)——解释彗星运动的天文学家——观测到地磁向西漂移的现象,这大约是300多年前。” 奥伯特说道。

  “对地磁变动的绘制追溯到1590年,这完全是数学家和历史学家合作的结晶——从船舶航海日志里搜集了磁场观察,并将它们与观测数据相结合。”这种长期观测非常重要,因为核心对流每个世纪都在发生变化。“如果你没有这些数据,那么你对该系统的观测时间还不够长,因此无法得出可行的结论。”

  理解地球地核和磁场在过去是如何发生变化的能够帮助科学家理解它未来的进化。由于磁场保护地球不受到有害的太阳辐射,因此理解它是如何变化的以及随着时间将如何变化非常重要。“能够正确的建模地磁变动意味着我们能够预测磁场在下个世纪将如何发展。” 奥伯特说道。

  这些理解也将帮助行星科学家更好的了解除地球以外的行星。“一旦朱诺号木星探测器(Juno)于2016年到达木星,我们或可能测量木星的磁场波动并进行相同的分析。” 奥伯特补充说道。

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