2014年4月，英國(guó)《每日郵報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道稱，地球磁場(chǎng)在過去200年中已減弱了15%，這有可能是地球磁場(chǎng)將反轉(zhuǎn)、兩極顛倒的先兆。科學(xué)家指出，磁極反轉(zhuǎn)最大的災(zāi)難莫過于強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射。關(guān)于磁極反轉(zhuǎn)的原因，有很多種推測(cè)，本文研究人員開發(fā)出的新型液態(tài)金屬材料，或許可以幫助我們模擬地球內(nèi)部環(huán)境，從而進(jìn)行深入的探索。

    耶魯大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種來自液態(tài)金屬和磁性顆粒的新材料，它能幫助我們揭開地球磁場(chǎng)的神秘面紗。該材料有可能再現(xiàn)行星和恒星的內(nèi)部環(huán)境，科學(xué)家無需深入地球或其他行星的內(nèi)部，在實(shí)驗(yàn)室就可以對(duì)其進(jìn)行研究。

    研究人員說，懸浮磁性微粒的加入賦予了這種材料產(chǎn)生和操縱磁場(chǎng)的能力，由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度要比液態(tài)金屬材料單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度高5倍。這很重要，因?yàn)楸M管地球磁場(chǎng)保護(hù)我們免受太空惡劣條件的威脅，但我們并不了解它是如何運(yùn)作的，換句話說，我們并不理解為什么磁極每幾十萬(wàn)年會(huì)有反轉(zhuǎn)的傾向。

    為了對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行模擬，研究人員把eGaIn（銦和鎵的合金）與包括鐵和鋅在內(nèi)的各種磁性、非磁性顆粒組合。為了防止氧化，用酸溶液對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行處理，同時(shí)將加入的顆粒完全浸入金屬中。

    一名研究人員Florian Carle表示：“我們?cè)O(shè)法把鋼、鋅、鎳、鐵，甚至手頭所有的材料做成懸浮態(tài)，基本上任何一種材料的導(dǎo)電性都比eGaIn高。”由于具有更高的導(dǎo)電性和更強(qiáng)大的磁場(chǎng)操縱能力，這種材料能幫助科學(xué)家更嚴(yán)密地研究磁流體動(dòng)力學(xué)的影響。通常，必須要剖開恒星或行星，才能研究導(dǎo)電流體的磁學(xué)性能。

    現(xiàn)在，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著我們可以在實(shí)驗(yàn)室里再現(xiàn)地球內(nèi)部某些相同的液態(tài)金屬和磁場(chǎng)條件。用Carle的話來說，這給了我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里“復(fù)制”一個(gè)小地球的機(jī)會(huì)。在此之前，科學(xué)家都是嘗試用易爆液態(tài)鈉模擬地球內(nèi)部環(huán)境，只能在數(shù)米的水平上工作；而新材料更容易操控，且工作尺度更小，只有幾厘米。

    接下來，研究人員要探索的第一件事就是地球磁極反轉(zhuǎn)（地磁南極和地磁北極每隔幾十萬(wàn)年發(fā)生反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象）的原因。科學(xué)家認(rèn)為這跟地球內(nèi)部液態(tài)金屬的流動(dòng)有關(guān)，但之前的研究不得不依賴于計(jì)算機(jī)模擬，進(jìn)而尋找其中的原因。這種新型液態(tài)金屬的出現(xiàn)，能幫助科學(xué)家更好地驗(yàn)證這個(gè)猜想，更清楚地認(rèn)知下次磁極反轉(zhuǎn)發(fā)生的時(shí)間以及可能產(chǎn)生的影響。

    研究人員還將更深入地研究地球磁場(chǎng)如何保護(hù)我們遠(yuǎn)離太空輻射，以及這個(gè)“防輻射護(hù)盾”究竟有多堅(jiān)固。

    相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在期刊Physical Review Fluids。

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