地球的磁场确实不仅仅作用于我们的指南针，而且偶尔也会引起担忧。这也是在这个星球上有生命的原因之一 ， 它保护我们免受有害的太阳辐射，否则可能会使我们的臭氧层消失等等。
图片来源：美国国家航空航天局戈达德/Flickr
但是磁场科学家还不太了解。最重要的是，他们无法弄清楚为什么这么强。一个团队决定仔细观察被认为影响该领域的地球内各个元素的作用。事实证明，镍在最小尺度上的行为方式可能有助于解释磁场的强度，而现在的一些模型需要重新考虑。了解地球的磁场对于依赖于其的一切都有影响，包括需要在地下钻探的活动。
维克茨堡大学理论物理与天体物理研究所研究员乔治奥·桑戈奥尼尼（Giorgio Sangiovanni）说：“这是放置在地球物理研究领域的一个新思路，镍被忽略来解释地球动力学，创造磁场的机制。
在最基本的层面上，地球可能会从外核的温度梯度中获得磁场，从而使金属对流，这或多或少是水在一壶沸水中移动的方式。金属可以进行导电。因此，移动金属与地球旋转相结合可能会产生指向极点的电流管。电流环通过它们产生磁场，所以整个地球看起来像磁铁，磁极与管的顶部和底部对齐。
人们一直在谈论的问题是，有一种方法可以在核心周围传导热量，传导，这不需要金属在物理上移动。在这种情况下，能量在原子之间相互碰撞时就会传递，就像热在你沸腾的水的把手上往下流动一样。但是，如果外核通过传导失去太多的热量，那么就没有足够的能量来驱动对流产生磁场。科学家们认为情况可能是这样的，他们正在寻找能产生磁场的额外能量来源。
Sangiovanni和他的同事们决定对内核中的金属进行计算，看看能否找到一些缺失的能量。但是不像外核其主要是铁，内核是20％的镍。该团队决定研究镍和铁在地球固体核中的特定量子力学性能如何影响磁场。
这些属性根本不足以需要你弯腰向后想象薛定谔的猫。他们描述了镍和铁原子在高温下的结构，电子在这些原子的集合中是如何相互作用的，以及这些元素在高压下的行为变化。事实证明，镍在固体中的形状减慢了电子的速度。之前发表在《自然通讯》上的论文称，电子也相互作用，相互散射，防止镍成为热的良导体。同时，铁在内部核心的温度和压力下具有很高的导电性。
图注：在镍原子中，较低能量的蓝色位置可能导致较慢的电子和较低的电导率（Hausoel et al, Nat Comm (2017)）
简而言之，研究人员认为镍可以降低核心的整体电导率，使其保留额外的能量驱动对流。这种新的见解可能有足够大的影响，即地球磁场的模型需要重新考虑。
Sangiovanni表示，他所说的其他人都很惊讶，很多人都在看硅如何更轻的元素影响了地球核心的物理学。“我会说很长一段时间的人们已经讨论了镍在地球核心中的可能存在，”伦敦大学学院物理学教授达里奥·阿尔菲（DarioAlfè）告诉Gizmodo，但是没有人真正讨论过Giorgio的论文点出来，镍对核心电导率的影响。
所有这一切，只是一丝安慰，事实上如果你不认为你了解地球的磁场，科学家们也不完全确定它是如何工作的。
作者：Ryan F. Mandelbaum
编译：光量子，审校：博科园（知道日报：天文物理）
