人类赖以生存的地球磁场从何时出现？

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翻译：刘奕征

校对：牧夫天文校对组

后期：王启儒

责任编辑：王启儒

原文发布于 universetoday.com

地球的磁场如同一面无形的盾牌，保护我们的星球免受有害宇宙辐射的侵袭。如果没有这面盾牌，那些辐射就会剥离我们的大气层，使生命基本不可能出现。与失去了绝大部分的防护磁场，至今仍不断遭受太空粒子的轰击的火星不同，数十亿年来，地球上这一至关重要的防御系统始终保持着正常运转。

但是，这个保护性的磁场是如何形成的呢？在我们星球年轻得多的时候，它是否可能就已经存在了？来自瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和中国南方科技大学的科学家的新研究提供了答案，从根本上重塑了我们对早期地球的认识。

计算机模拟的极移。

Credit: universetoday.com

人们早就知道，地球的磁场源于所谓的“发电机效应（dynamo effect）”。在我们星球的深处，液态的铁镍内核随着时间的推移逐渐冷却，形成了称为对流（convection currents）的金属环流。随着地球的自转，这些环流也呈现出螺旋状的运行模式，从而产生足以激发地球磁场的电流。

然而，这个理论存在一个显著的问题。地球的内核在大约十亿年前才开始结晶和凝固。在此之前，整个内核完全是液态的。那么关键的是：内核在液态阶段是否就已能够产生足以保护早期生命的磁场呢？

该研究团队利用高性能计算机，开发了程序模型以模拟完全液态的内核，探究其是否能产生稳定的磁场。这一研究之所以如此引人注目，是其成功地将地球内核黏度的影响降到了可以忽略不计的水平，而这是以往任何相关研究都未能做到的。这一新模型的模拟结果证明，地球的磁场确实可能在数十亿年前就已经产生，并且其运作方式与今天基本相同。论文第一作者、南方科技大学的林玉峰（Yufeng Lin）表示：“迄今为止，还未有人能在如此准确的物理条件下完成这样的计算。”

地球磁场产生原理。
Credit: universetoday.com

这一发现对我们探索地球生命的演化过程有着深远的意义。显然，从数十亿年前起，生命就受益于这个磁场。它阻挡了来自太空的有害辐射，从而使得早期生命有了发展的可能。如果没有磁场的保护，强烈的辐射将使地球表面环境变得极其恶劣，无法支持那些最终导致了生命诞生的精密的化学过程。

从本质上讲，磁场为地球上的生命争取了起步的时间——它创造了一个安全的环境，使得地球上复杂的分子能够形成和演化，而并未持续受到来自太空的高能粒子的干扰。对地磁场的理解不仅关乎远古历史，也对现代世界至关重要。地磁场在现代文明的许多方面（如卫星通讯等）都发挥着关键作用，卫星导航、电网和通信网络都依靠这面无形的盾牌来运行。然而，自地球诞生以来，地磁场的极性已经翻转过数千次了，而且科学家最近也观测到磁北极的位置正在快速移动。地磁场的变化与翻转都可能会对我们这个依赖科技的社会造成巨大影响，但幸好通过进一步理解地磁场的工作原理，研究人员将可以更准确地对其进行预测。

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Image credit: NASA/Joel Kowskyt

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