超級電腦探究地磁之謎

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數千年前，人類即已發現地磁的存在並加以應用，但直本世紀，科學家才知道地磁也是保護地球上億萬生命免於致命的宇宙射線與太陽輻射的主要功臣。
但是關於地磁起源，這個曾被愛因斯坦稱為物理學上最難解的問題之一，在科學家努力不懈的努力下，終於有了更深一層的發現，也愈接近謎底。拜超級電腦與八十萬年的地磁歷史資料之賜，科學家們在本週公布了史無前例的最新地磁研究報告。這份資料也可能可以解釋有關氣候變異、生物滅絕與磁球層強度變化等因地核活動造成地表與大氣變化的現象。

加州大學地球科學教授Gary Glatzmaier表示，科學家們在花了數年的時間後，已經利用超級電腦與數值方法模擬出十分近似真實的地球磁場。
地磁歷史可以追溯到三十億年前，其來源是地球的鐵質超高溫核心—一個與月球體積相仿的故態內核，與液態的外核。但目前仍有幾件令科學家困擾的事：
利用地核的高溫與導電性，科學家計算出地磁大約在 20,000 年後便會進入混亂態。
較老的地磁模型無法解釋和以地磁方向會每二十萬年調換一次。
科學家無法瞭解為何行星磁場集中於兩極，而非平均分佈。

這些問題說明地球內部必定有某種力學機制使磁場方向轉向再生。科學家發展了一套理論來說明地球核心中驅動磁場的系統。簡言之，就是地球內核至外核之間的熱轉移，改變了外核的化學組成，並導致部分液態區域旋轉移動，就是這些動能轉換成了磁能。但這也並未完全解釋也關地磁強度、地磁兩極化與磁極逆轉的問題。

最近十年，電腦技術逐漸成熟，可以開始進行這方面的研究。1995 年，Glatzmaier 與加州洛杉磯大學的教授 Paul Robertsused 利用超級電腦建立起第一個能夠以數學計算模擬地球物理磁場的模型。根據這個模型，地球的內核轉速比外核與地幔快，這說明了地磁強度—就像旋轉馬達產生電荷的發電機一樣。Glatzmaier-Roberts 模型還說明了由於不同電性的電荷分至兩極，所以導致地球磁場分佈為柱狀兩極化。最後，這個模型還指出外核的液體流動造成磁場的扭曲，使現存磁場混亂。

在 Glatzmaier 以電腦模擬地球磁場的同時，其他地質學家則從地球內部收集了許多鐵含量豐富的沈積樣本，從樣本的年代與其中鐵磁化的強度與方向，便可重建地磁的歷史。在本週的「自然」(Nature)期刊中，一群科學家公布了從 33 個沈積樣本中，追溯至八十萬年前的地磁歷史資料，涵蓋了 78 萬年前地磁倒轉的階段。

從歷史上來看，地磁強度會在反轉前數千年內戲劇性地銳降。某些科學家相信，在最低的時候，地磁弱得甚至無法保護地球上的生物。目前有關磁球減弱和生物大規模滅絕間的關係並不清楚，地磁變化和氣候變異，如冰河期的開始，關係也不明確。但這種磁場變化對生物必定會產生某種程度的影響，事實上，這種影響已經在發生，科學家注意到地球磁場在過去 150 年間已經在下降中，可能逐漸進入反轉過程，當地球磁場反轉時，地球磁球與電離層必定會與今日大不相同。