如果地球没有磁场会怎么样?

在地球周围,看不见的磁场会捕获电子和其他带电粒子。

在地球周围,看不见的磁场会捕获电子和其他带电粒子。
图片:©NASA的戈达德太空飞行中心)

像看不见的意大利面条一样从地球延伸的是行星的磁场。该磁场是由地球核心的搅动造成的,对日常生活至关重要:它使行星免受太阳粒子的干扰,为航行提供了基础,并且可能在地球生命的演化中发挥了重要作用。

但是,如果明天地球的磁场消失,会发生什么?大量带电的太阳粒子会轰击地球,将电网和卫星置于炸毛上,并使人类更容易暴露于更高水平的致癌紫外线辐射中。换句话说,至少在短期内,缺少磁场会产生问题,但不一定是世界末日。

这是个好消息,因为一个多世纪以来,它一直在减弱。即使到了现在,仍然有一些特别脆弱的地方,例如南半球的南大西洋异常,这对低轨道卫星造成了技术问题。

关于磁场的第一件事是,即使磁场减弱,它也不会消失-至少数十亿年不会消失。地球的磁场归因于其熔融的外核,该外核主要由铁和镍制成。罗彻斯特大学的地球物理学家约翰·塔杜诺(John Tarduno)表示,搅动的外核是由随着内核的生长和凝固而释放出的热对流来驱动的。(内核每年增长约一毫米。)

这种被称为发电机的磁场引擎已经发展了数十亿年。根据2015年的研究,科学家认为当前的核心结构可能早在15亿年前就已确定下来,当时发现磁场强度在那时左右有了飞跃。但是塔都诺和他的团队发现了地球上最古老的矿物质锆石中磁场的证据,其历史可以追溯到42亿年前,这表明岩心中的活动在很长时间以来一直在产生磁场。

Tarduno告诉Live Science,目前尚不清楚为什么开始使用发电机,尽管造成月球的巨大行星撞击可能是其主要驱动力。这种影响发生在地球聚在一起大约一亿年之后,它可能会撼动地球核心层中任何物质的分层或分层:想象一下,在行星尺度上晃动一瓶油和水。这种破坏本来可以促进对流,但对流至今仍在驱动地球的发电机。

最终,内芯可能会变得足够大,以至于外芯中的对流不再有效,并且磁场将失效。但是这种情况太遥远了,不值得失去太多睡眠。

塔杜诺说:“我们正在谈论数十亿年。”

弱磁场

与人类的生命更为相关的是磁场正在减弱。在过去的160年中,科学家一直在用磁天文台和卫星直接测量这种减弱。在此之前,该领域是否步履蹒跚,这将变得更加晦涩,接下来将要做什么。Tarduno说,目前的磁场是大约80%的偶极子。这意味着它的作用主要类似于条形磁铁。如果您可以将铁屑放在行星周围(并消除太阳的影响,太阳会向地球喷出恒定的带电粒子流,称为太阳风,将磁场像长发一样吹来吹来),那么产生的磁场线条将显示清晰的北方和南方。但是20%的场是非偶极的,这意味着它更加复杂。有局部差异。

过去,磁场翻转,交换南北。这些逆转的最后一次发生在780,000年前,即直立人时代。通常在这些翻转之前先出现磁场减弱的问题,这引发了有关是否即将出现另一个触发器的问题。但是,磁场有时也会变弱,然后再次增强而不会发生翻转,这种现象称为偏移。

Tarduno和他的团队发现,在南非领导下,一个核心的怪异漩涡可能是造成这种弱点的原因之一。这种涡流似乎引起了南大西洋异常,这是该领域已知的弱点,从巴西以东约190英里(300公里)延伸到整个南美大部分地区。在这个区域,来自太阳风的带电粒子比往常更接近地球。南大西洋异常在地面上并不特别明显。但是,绕地球运行的卫星在那儿遇到的破坏性更大的太阳粒子,并且在国际空间站上穿越该地区的宇航员报告说,流星视觉现象是由那里低地球轨道上相对较高的辐射水平引起的。

无场的地球

Tarduno和他的团队怀疑,过去南非的地幔变化可能是逆转磁场的触发点。好消息是,即使该领域正在减弱或准备翻转,它也不会消失。没有证据表明磁场在逆转过程中曾经完全消失。

即使磁场反向,“我们仍然会存在一些磁场;这只是一个非常弱的磁场,”塔都诺说。

这个磁场最小的世界会是什么样?好吧,一方面,您的指南针不起作用。塔尔杜诺说:“它只会指向最高磁场的(区域)。” “它可能离你很近;它可能很远。”

在较低的纬度上可以看到北极和南方的灯光,因为这些彩色的显示是太阳风中太阳射出的带电粒子与地球磁层之间相互作用的结果。目前,这些极光出现在极点附近,遵循地球大体上的南北磁场线,但是更弱的磁场会使粒子穿透地球大气层,照亮更靠近赤道的天空。

南大西洋卫星异常情况在全球范围内可能变得很普遍,这将导致技术故障。太阳粒子可以对电子设备执行ping操作,从而破坏所谓的单事件翻转(SEU)的内存位。当太阳粒子与被称为电离层的地球大气带电层相互作用时,它们还会使电子脱离分子轨道。这些自由电子然后干扰用于通信的高频无线电波的传输。

塔杜诺说,随着时间的流逝,太阳风与地球大气层之间的相互作用也会破坏臭氧层,这将增加人类集体紫外线辐射的暴露并增加皮肤癌的风险。

伦敦玛丽皇后大学的空间等离子体物理学家马丁·阿彻说:“虽然它可能不会对生命造成彻底的灾难性影响,但在没有磁场的情况下,地面上的辐射剂量会更高。”

几乎没有证据表明过去的磁场变化已经影响了地球的生命。阿切尔告诉《生命科学》,磁场无疑仍在改变着地球的表面,有助于防止行星的脆弱大气被太阳风的无情力量吹入太空。

磁场对于拥有一个大气并不是至关重要的-金星没有磁场,并且拥有巨大的大气层(如果不受欢迎的话),但是它当然可以充当额外的保护层。火星曾经有一个磁场,但在40亿年前失去了它,现在它的大气层几乎被完全剥夺了。阿彻说,如果有办法使月球具有类似于地球的大气层,那么太阳风将在短短一个世纪之内将其消灭。

本文由 你知道么 作者:zk1214 发表,其版权均为 你知道么 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 你知道么 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源。

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