最新研究發(fā)現(xiàn)了地球磁場產(chǎn)生的奧秘
北京時間1月30日消息，據(jù)科學(xué)日報報道，地球的磁場對于我們的存在至關(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�？▋�(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
地球的中心非常炙熱，地球核心流向地表的熱量被認(rèn)為推動了地球動態(tài)性的絕大部分，從火山活動到板塊運(yùn)動。一直以來科學(xué)家都認(rèn)為熱流動驅(qū)動了地球液態(tài)鐵核心里的所謂的熱對流——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。但近期的計算結(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)使用了一種新的計算物理學(xué)方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原始的熱對流理論其實(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。
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阻礙電流。經(jīng)典的金屬理論解釋稱電阻率會隨著溫度的升高而增加，這主要是因?yàn)闊崃吭黾訉?dǎo)致原子振動更加頻繁。這一理論認(rèn)為高溫時電流里的電子因遇到振動的原子而反彈，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)地球磁場產(chǎn)生的流行理論的最新研究認(rèn)為，熱傳導(dǎo)無法推動磁場的產(chǎn)生。這些研究里的計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。
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，而非因原子振動而分散的電子�！拔覀兘议_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)最原始的動態(tài)理論其實(shí)是正確的�！�
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