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[涨姿势] 磁场如何控制地核内的流动

作者：精品下载站 日期：2024-12-13 14:59:15 浏览：16 分类：涨姿势

磁场如何控制地核内的流动

奇怪的是，这颗行星的磁性似乎表现得好像其核心是一个圆柱体，而不是一个球体。

[涨姿势] 磁场如何控制地核内的流动

小地球实验模拟了地球内核和外核响应强大磁场的行为。

图片来源：Pothérat 等/APS 2024

长期以来，地球熔融核心内的运动一直阻碍着理解它们的努力，但数学和物理模型之间的一致使得两位物理学家声称他们已经接近了。由于这些运动是地球磁场的驱动力，因此了解它们以及磁场变化的原因可能非常重要。 

地球磁场被认为对生命至关重要，或者至少对任何比细菌更先进的生命至关重要。类似的领域是我们在寻找宜居行星时寻找的主要内容之一。然而我们根本不了解它。大多数物理学家认为，目前对磁极为何漂移、有时甚至翻转的解释并不令人满意，这当然意味着预测没有什么价值。尽管关于该领域方向的逆转是否会像一些人担心的那样造成灾难性的后果仍然存在争议，但如果能得到一些警告肯定是件好事。

由于场是由核心内的运动驱动的，类似于一锅沸水中的对流，我们需要了解这些流动。然而，这些流动本身受到它们所产生的磁场以及地球自转和内部结构的影响，这挑战了我们理解正在发生的事情的能力。

向前迈出的一步是切线圆柱体的概念，但即使如此也不足以准确地模拟运动。考文垂大学的 Alban Pothérat 教授和 Kélig Aujogue 博士认为，认识到以前被忽视的切线圆柱体的特征可能是我们需要采取的步骤。地球各层的物理模型让他们相信自己的观点是正确的。

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切线圆柱体是一种假想的结构，它平行于地球自转轴，并接触固体内核和液体外核在赤道处的交汇点。因此，它将外核的极地部分和赤道部分分开，从而塑造每个部分内的物质流动。

地球的切线圆柱体和其他行星的模型依赖于泰勒-普劳德曼约束，该约束假设在旋转的核心中，流动垂直于旋转轴，形成一系列同心圆柱体。从这个角度来看，对流发生在液核的极地部分及其赤道部分，但不在两者之间交叉。

Pothérat 和 Aujogue 写道：“在这里，我们通过实验建立并验证了与旋转一致的磁场会导致流入[相切圆柱体]”，并且这些流体通过磁场与沿圆柱体的流动相关联。 

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作者对洛伦兹力和科里奥利力之间的相互作用进行了数学建模。然后他们使用小地球实验（LEE）来检验他们的结论。 LEE 使用充满硫酸的半球和绕垂直轴旋转的 10 特斯拉磁场。然后将其放入圆柱形冷水罐中，同时加热元件驱动对流。 LEE 的观察结果与作者的预期一致。

该研究发表在《物理评论快报》上。

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