最新研究發現了地球磁場產生的奧秘
北京時間1月30日消息，據科學日報報道，地球的磁場對于我們的存在至關重要，因為它保護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鐵的混亂運動所產生的。鐵是一種金屬，這意味著它能夠傳導電子從而產生電流。卡內基梅隆學院的羅納德•科恩(Ronald Cohen)和張鵬(Peng Zhang)帶領的一支科研小組的最新發現展示，想要解釋地球磁場產生的過程，就必須要找到解釋金屬為什么在加熱后導電性減少的傳統理論里缺失的一塊。這項研究被發表在期刊《自然》上。
地核里熔化金屬的電阻率將非常低，而熱傳導率太高，無法產生磁場
地球的中心非常炙熱，地球核心流向地表的熱量被認為推動了地球動態性的絕大部分，從火山活動到板塊運動。一直以來科學家都認為熱流動驅動了地球液態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——從而產生了地球磁場。但近期的計算結果質疑了這一理論，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的克里斯蒂亞•豪萊(Kristjan Haule)使用了一種新的計算物理學方法，結果發現原始的熱對流理論其實是正確的。他們的結論主要是基于發現20世紀30年代提出的經典金屬理論其實是不完整的。
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，這主要是因為熱量增加導致原子振動更加頻繁。這一理論認為高溫時電流里的電子因遇到振動的原子而反彈，從而產生電阻。這些電子不僅攜帶電荷，還攜帶能量，因此熱傳導性與導電性是成比例的。
這項據稱完全推翻統治過去幾十年的有關地球磁場產生的流行理論的最新研究認為，熱傳導無法推動磁場的產生。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生的——將非常低，而熱傳導率太高，因此無法實現通過熱傳導產生磁場。
科恩、張和豪萊的最新研究顯示大約一半以上產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。“我們揭開了隱藏了80多年的效應，” 科恩說道。“而現在發現其實最原始的動態理論其實是正確的。”
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