地球磁場的成因或許和沙拉醬有共通之處

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 20 日 8:15 | 分類 天文 follow us in feedly

耶魯大學領導的科學團隊可能已找到新因素來解釋地球磁場的漲落──這對做過油醋醬沙拉的人來說再熟悉不過了。



地球中心附近產生的磁場,一直負責緩衝太陽發出的有害太陽風輻射。如果沒有這層保護,地球就不會有現在繁榮的樣子。然而,我們對地球磁場及演化還不完全了解。

近期發表在美國《國家科學院學報》(the Proceedings of the National Academy of Sciences)的新研究,耶魯大學副教授 Kanni K.M.Lee 和團隊發現,含有矽和氧的熔融鐵合金,在與地核相似的條件下形成兩種不同液體。這是稱為不混溶(immiscibility)過程。

「日常生活中,可觀察到的液體不混溶性,就像油和醋在沙拉醬裡會分開。令人驚訝的是,當原子在地球核心的巨大壓力下被迫非常靠近時,就會發生液相分離。」研究主要作者 Sarah Arveson 說。

在大氣壓力下,複合熔融合金的不混溶性很常見,冶金學家和材料科學家已證明這點。但在更高壓力下,對不混溶合金的研究僅限於地殼和地核之間的地函發現的壓力。

科學家提供了幾種理論來解釋外核頂部緩慢流動的液體層,包括不混溶的鐵合金在核心形成層的想法。但迄今為止,還沒有實驗或理論證據可證明這點。

使用雷射加熱,鑽石砧實驗產生高壓,結合電腦模擬,耶魯領導的團隊再現在外核發現的條件。他們展示兩種不同的熔融液體層:貧氧、鐵矽液體和鐵矽氧液體(iron-silicon-oxygen liquid)。因為鐵矽氧層密度較低,會上升到頂部,形成富含氧的液體層。

▲ 利用雷射加熱鑽石砧模擬地核的壓力和溫度條件。上圖顯示淬火熔點(quenched melt spot)與不混溶液體的掃描電子顯微鏡影像。(Source:耶魯大學

「研究首次提出在極端條件下不混溶的熔融金屬合金的觀察,暗示金屬熔體的不混溶在高壓下可能普遍存在。」Lee 說。

研究人員說,這發現為理解早期地球及如何解釋歷史上地球磁場的變化,新增了一個新的參考變數。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA [Public domain], via Wikimedia Commons