科學家模擬當時的太陽風與地球磁場相互作用時產生的北極光現象

 

新證據表明地球磁場形成於34.5億年前

    據英國《連線》報道,一項新研究顯示，地球磁場形成於34.5億年前。這表明，地磁場形成的時間比先前人們認為的提前約25億年。地球磁場形成的時間與地球上最初生命的形成時間相符，地球磁場的形成有效的避免了地球上最初的生命形態遭受太陽磁輻射的破壞。

    這項研究成果發表在3月5日的《科學》雜誌(Science)上。這個時期正好落在生命發展的最早階段，處於地球被星際碎片撞擊和地球大氣中充滿氧氣這兩個時期之間。先前幾項研究認為，地球磁場是使地球免於太陽致命輻射的必要屏障，太陽輻射能夠清除掉一個行星的大氣層，使上面的水份徹底蒸發掉，同時扼殺掉行星表面上的生命。多倫多大學地球物理學家戴維·鄧洛普(David Dunlop)認為：「研究成果將地球磁場產生的分界線往後推，回到了你能夠理性期待的測量地球的時期。」

 

    研究人員測量了在南非卡普瓦爾克拉通(Kaapvaal craton)所發現的一些特定岩石的磁場強度，普瓦爾克拉通地區的地質可以追溯到30多億年前。然而，僅僅找到古老的岩石是遠遠不夠的。據這項新研究的合著者、羅徹斯特大學的研究者約翰·塔都諾(John Tarduno)說：「尋找岩石的過程適合用『金髮姑娘理論』(Goldilocks theory，形容不冷不熱，恰到好處的一種狀態。)來形容。」岩石在形成時，其裡面的鐵礦物記錄下了地球磁場的強度與方向，但是如果岩石在後來的地質過程中被加熱，它上面的這些信息也可能會丟失或者被改寫。塔都諾說：「我們必需找到一種剛好具有足夠的鐵來記錄磁場特徵的岩石，但是鐵含量又不能太高，如果鐵含量過高，表明它曾經受到過後來化學變化的影響。」南非的綠巖帶(Greenstone Belt)剛好有這種岩石：其中的石英晶體不到兩毫米長，根植於石英晶體中含鐵磁鐵礦為納米級大小。塔都諾說：「石英起到了完美的『太空艙』的作用，它沒有受到後來事件的影響，但它裡面包含有那些我們需要研究的鐵。」

    塔都諾跟他的同事在2007年就已經研究過類似的岩石，並且發現形成於32億年前的那種岩石具有的磁場強度為現今地球磁場強度的一半。塔都諾表示，使用一種專門設計的磁力計以及改進後的實驗技術，研究團隊在具有34.5億年歷史的岩石中檢測到了磁場信號，這個磁場的強度處於現今地球磁場強度的50%到70%之間。塔都諾說：「當我們思索生命的起源時，有兩條線索需要追蹤，一條線索是水，但是同時必需要有一個磁場(另一條線索)，因為磁場可以保護大氣免受侵蝕以及水被完全蒸發。」他補充說，今天的火星可能是乾燥的，因為火星在早期的時候失去了它的磁場。

    為了確定這種早期磁場是否足以能夠阻擋住太陽的輻射雨(rain ofradiation)，研究團隊必須要知道那個時期太陽的狀況。天文學家通過對年輕的、類似太陽的恆星的觀察值來推斷當時地球所要面臨的太陽風強度。專家表示，年輕的太陽可能比今天的太陽旋轉速度要快，這種快速的旋轉為一個強大的磁場提供了動力，這個磁場使太陽大氣加熱，激起了大量帶電粒子組成的太陽風的活動。研究團隊計算出，地球磁場抵消太陽風的臨界點距地球中心的距離大約僅為5個地球半徑，不到現今10.7個地球半徑的一半。34.5億年前從太陽定期地抵達地球的輻射量，與現今最活躍的太陽風暴(solar storm)襲擊地球時的能力相當。由太陽風與地球磁場相互作用產生的北極光(auroraborealis)，在當時能夠在距現今的紐約市相當的緯度位置內觀察到。

    蘇格蘭聖安德魯斯大學(University of St. Andrews)天文學家莫伊拉·賈丁(Moira Jardine)表示，這項研究「能夠用於指導我們尋找其它有生命的行星。」天文學家以後可能將更多地關注從那些更年長的、不太活躍的星體，或者尋找那些具有自己磁場的行星。迄今為止，儘管人們還沒有找到具有磁場的太陽系外行星(extrasolar planet)，賈丁和塔都諾仍然持很樂觀，塔都諾說：「磁場正是是我們需要考慮的另外一個參數。」