熔融地核中的湍动可增强地球磁场
作者 台北 天文馆 | 发布日期 2014 年 11 月 26 日 | 分类 天文
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法国 CNRS 与格勒诺布尔大学（Université Joseph Fourier Grenoble）等单位所属的地
球科学研究所（Institut des Sciences de la Terre）研究学者的最新研究结果指出：地
球核心内熔融金属的紊乱而无规律的运动，并不会抵销地球磁场的强度，反而是对地球的
磁场的增强有所贡献。他们是透过模拟地球外核中被封闭在两个旋转中的同心金属球壳间
的液态钠状态而得出上述结论。
和其他行星与绝大部分的恒星一样，地球是经由所谓的“发电机作用（dynamo action）”
来产生磁场，也就是说由于导电流体的运动，电磁感应之故而产生磁场；在地球的案例中
，即为混和了熔融的铁与镍等金属元素的导电流体的流动所产生的。
地核湍动与地磁的关系
地球的液态金属主要位在地球的外核中，而在外核以内的内核则主要是由固态金属所组成
。外核中液态金属的运动主要是因冷却而引起的对流运动；但实际的运动非常复杂：长距
离的流体运动已经确知会产生磁场，但除此之外，还有许多紊乱的波动，牵涉到一些古怪
而无规律的短程运动。虽然大气与海洋中也有湍动（turbulent motion），可是地核中的
湍动不同，因为它深深受到地球自转和强磁场的综合影响。科学家到目前为止还无法在实
验室中复制出这么独特的湍动，利用电脑模拟运算也无法完全解决，所以地球物理学家们
一直无法确认这些湍动对地球磁场而言，究竟扮演了什么样的角色。
为了更了解这些湍动和地球磁场之间的互动，这些研究学者从 2005 年开始进行 Derviche
Tourneur Sodium 实验，将 40 公升的液态钠（导电流体）封闭在两同心金属球壳之间的
空间中，成为一个地球外核的缩小模型；金属球壳的主要成分是铜，两球壳的大小恰为地
球内核半径（地心到内核与外核的交界处）与地球外核半径（地心到外核与地函的交界处
）的比例。这个模型最独特的地方就是他们在内层金属球壳以内的空间中间放置一个磁铁
来制造强磁场，当转动这个球壳时，便能有效地带动 2 球壳之间的导电液体跟着运动。在
这些状态下，液态钠主要受到强磁场支配而快速转动，并预期它会一如地球核心般，同时
具有大尺度动和小规模的无规律扰流。
解星球磁场的奥秘
在外球壳周围和液态钠中都有设置感应器以侦测磁场状态，另外还用超音波波束（
ultrasound beam）以都卜勒效应（Doppler effect）测量这些液体的流速。通过这些测量
资料，这些研究学者发现液态钠的湍动会增加流体导电能力，进而使磁场被增强，而不会
如以前的实验所称会减弱磁场。这是首度在实验室中观察到这个现象，并且已经获得数值
模拟的确认。
这项发现除了了解地球本身的状态外，还可应用到其他拥有磁场的行星和恒星上。因为这
多出来的磁场分量，或许可以解释金星的液态金属核为何不能制造出磁场来。不说外面的
世界，单说我们所在的地球，也可以利用这些湍流来了解地球磁场反转的奥秘呢！
*Turbulence in molten core helps amplify Earth’s magnetic field
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141117084631.htm
（本文引用自 台北天文馆之网络天文馆网站）
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