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早期地球磁场减弱

与现代相比,更大的极光椭圆形是磁场较弱和太阳风较强的结果。由于太阳风密度是今天的数倍,极光强度更亮。

一项新的研究表明,覆盖早期地球的保护性磁场可能只有今天的一半强。

研究还发现,地球磁场比以前认为的要古老2亿年,这对早期地球上最初存在的水量有影响,甚至对生命的发展也有影响。研究人员表示,地球早期如此微弱的磁场可能也导致了一些壮观的极光,或北极光,其纬度低至现在的纽约市。

地球的磁场是由行星熔融核心的湍流对流运动产生的。该场围绕地球延伸相当长的距离进入太空,直到它遇到太阳入射的太阳风(不断从太阳流出的带电太阳粒子流)。两者相遇的边界称为磁层顶。

正是磁场保护了地球表面及其所有居民免受这种能量太阳辐射的影响,这种辐射会伤害生物并夺走地球大气层的大部分(火星并没有显著的磁场,这被认为是它拥有如此微小大气层的原因)。

但人们对磁场知之甚少,因为它是在大约45亿年前地球形成后才存在的。为了进一步了解这种早期磁场,罗切斯特大学的John Tarduno和他在南非夸祖鲁-纳塔尔大学的同事们研究了古代岩石中保存磁性特征的晶体。

磁记录

某些被称为英安岩的火成岩含有毫米大小的石英晶体,而石英晶体又具有纳米大小的磁性包裹体,这些包裹体起着迷你罗盘的作用,锁定了英安岩从熔融岩浆冷却成坚硬岩石时地球磁场的记录。

为了寻找早期磁场的保存记录,Tarduno和他的同事使用了南非35亿年前英安岩露头中保存最完好的颗粒,这些岩石是已知仍存在于地球表面的一些最古老的岩石。

使用专门的磁探测器,研究小组发现,岩石中35亿年前的晶体记录到的磁场比现在的磁场弱30%到50%。这一发现发表在3月5日的《科学》杂志上。

Tarduno说,一些科学家认为早期地球上没有磁场,因此这一结果“表明当时有磁场”。

这种较弱的磁场对早期地球的条件也有影响。

保护地球

Tarduno说,因为“磁场与太阳风隔绝”,它可以防止太阳粒子吞噬地球大气层中的分子。

但在过去,这一磁场不仅较弱,太阳的旋转速度可能更快,因此产生了更强的太阳风和更接近地球的磁层顶。“今天,它的半径约为10.7地球半径,但那时它的半径可能在5地球半径左右(地球的平均半径约为4960英里,即6370公里)。”

当时地球上的太阳风情况可能有点像2003年万圣节的太阳风暴,它影响了卫星、通信、空中交通和发电系统。

塔杜诺说:“这意味着从太阳中流出的粒子更有可能到达地球。”这种情况的含义是,“很可能太阳风以比我们今天失去的更大的速度从大气中清除挥发性分子,如氢,”他说。氢的损失也意味着大量的水。

反过来,如果在地球历史早期大量的水被剥夺,为了获得我们现在拥有的水量,这个星球一定是从“相当充足的水资源”开始的,Tarduno告诉太空网。

我们所知道的生活

正如我们所知,水和保护性磁场对生命的发展都至关重要,因此这一发现也对理解生命是如何在我们自己的星球上产生的,以及太阳系以外的潜在生命具有重要意义。

苏格兰圣安德鲁斯大学的天文学家莫伊拉·贾丁(Moira Jardine)没有参与这项研究,他在《科学》杂志上的一篇文章中写道,塔杜诺和他的团队的研究“表明磁场可能早于地球上生命的建立”。

Jardine写道,在寻找年轻恒星周围的行星时,还需要考虑太阳系外其他行星周围磁场的发展,以及它们对任何潜在生命的保护程度,这些行星的太阳风似乎比现在更强,太阳风暴也比现在更频繁。

塔杜诺说,这也意味着,要进化出一颗类似地球的太阳系外行星,“我们需要从一个相当健康的水资源库开始。”

早期地球上的弱磁场也可能导致了更壮观的景象,可能延伸到目前三倍大的区域,并延伸到低纬度地区,可能远至纽约市的当前位置。极光是当太阳粒子沿着磁场的极轴向下流动,与地球大气层中的原子相互作用,激发原子并使其发出光子时产生的光。


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