脈沖激光加熱模擬極端條件助力探秘地球磁場

　　地球磁場能夠保護我們免受宇宙有害射線的侵害，生命的出現也與地球磁場息息相關。那么，究竟是什么支撐了地球磁場的穩定存在呢?中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所(以下簡稱“固體所”)特聘研究員亞歷山大·岡察洛夫(Alexander·Goncharov)領導的研究團隊對這一問題做出了回答：他們利用金剛石對頂砧并結合脈沖激光加熱技術，將地球內部極端高溫高壓條件下鐵的熱運動直觀地呈現在我們面前。這一研究工作于6月2日在線發表在《自然》雜志上(Nature 534, 99–101)。

　　地球內部處于高溫高壓環境，其中內地核主要成分是固態鐵，外地核為液態鐵，液體鐵的運動形成地磁場。“地核的壓力有幾百萬個大氣壓，溫度有幾千開爾文，人們想要了解的是在這種極端條件下，熱量如何在地核中傳播。因為地球磁場對這種熱運動極其敏感，而正是這部分運動的能量在源源不斷的維持地球磁場的存在。” 岡察洛夫研究員說。

　　科研團隊通過金剛石對頂砧高壓技術結合激光脈沖加熱，從而獲得了上百萬大氣壓、1600-3000攝氏度的極端條件，成功模擬了地核內部的極端高溫高壓環境，并利用動態光譜學方法，準確測量了該條件下鐵樣品的熱導率。研究發現，鐵的熱導率范圍為每開爾文每米18至44瓦，這與地球早期磁場的模擬結果一致，證實了在地球剛剛形成的最早期，液態鐵在地球內部不斷對流產生“發電機”效應，從而在地球外部形成磁場，保證了地球的不斷演化成型和生命物質的產生。

　　研究表明，地核中鐵的熱運動不僅能夠維持地球發電機的不斷運轉和地磁場的穩定存在，而且還保證了地核中的熱輻射不會強烈地傳播到地球表面，進而使得地球在漫長的演化過程中，逐漸冷卻到允許生命產生的溫度條件。

　　作為固體所引進的“外專千人計劃”專家，岡察洛夫研究員領導科研團隊搭建了完善的高溫高壓實驗系統，可實現200 萬大氣壓、5000攝氏度以上的極端高溫高壓條件，并正在發展更高精度的動態光譜學測量系統。2015年岡察洛夫研究員被中國政府授予“友誼獎”，以表彰其在促進國際科研合作方面的貢獻。

　　上述研究是固體所在極端條件研究方面取得的又一重大成果，該所極端環境能源物質中心研究成果在半年之內連續2次被《自然》刊發——今年1月6日《自然》曾發表了該中心另一位專家尤金-格列戈良茨(Eugene Gregoryanz)研究員的高壓研究成果，他們在超過地心的壓力極限下，獲得了氫及其同位素氘第五相存在的證據，被認為是氫研究領域的里程碑。