第1个回答 2011-11-15
地磁发动机的能量取自何处
地球磁场的产生源于由熔融状态的铁构成的外层地核,它位于距地表2000km以下的深度.两年前,来自德国Karlsruhe的研究人员,令液态金属钠高速流过蜿蜒曲折的管道,实现了自激产生地球磁场的实验模拟.导体做切割磁力线的运动,可以在其中激起感应电流,进而这电流又能产生磁场.原初的极其微弱的“种子”磁场可以来自太空,关键是要有一种正反馈自激机制,产生并自“支撑”一个稳定的磁场.为此,除了管道路线的空间布局之外,还要求管道中的流动参数——磁雷诺数必须大于某一临界值. 磁雷诺数Rn = UR/η其中U是液态金属的均方根流速(约0.5mm/s), R是地球半径,η是磁扩散率(单位m2/s).
液态金属钠尽管是高电导材料,但仍具有电阻.其中的焦耳损耗是地磁发动机功能衰变的主要原因,它的影响要比流体运动的粘滞力大得多.在模拟实验中,驱动金属钠流动的机械泵起补充能源消耗的作用.一般估计,为了维持地核中液态金属的热对流,所需的驱动功率在0.2至3.5TW (1TW = 1012W) 之间.单靠太阳辐射透入地核的热通量不可能提供如此大的能源.为此有人提出,是地核中的放射性同位素40K的衰变为地磁发动机提供了能量.
最近,来自德国高层大气物理研究所的Christensen U R等利用Karlsruhe的实验结果,对上述能源问题进行了标度计算研究. 结果表明,为了维持地磁发动机的运转所需要的能源仅仅是0.2—0.5TW. 因此,放射性同位素对地核外层液态金属铁的加热似乎是不必要的. 即使没有40K的加热, 地球的固体内核也不会很快增大.
(戴闻 编译自Nature, 2004, 429: 137和169)