| 地球磁场即将反转？（图） |
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作者：思议 文章来源：不可思议网 点击数： 更新时间：2005-9-10 12:01:57  |
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为了在层流模型中得到近似紊流的效果，研究人员对流体核的某些属性使用了不切实际的大数值，这些流体核在现实世界中是如此之小，以至于很难用数值方法来解决。为了在计算机模型里模拟真正的紊流，研究人员必须借助于二维视图。关键是二维流体不能维持发电机工作。这些模型还说明了目前地球发电机模拟出的层流和地心中存在的紊流相比还是过于平稳和简单。
可能最显著的不同是流体穿过地心时的上升路线。在简化的层对流模拟中，大的流体柱从地心的底部一直延伸到顶部。另一方面，在二维紊流模型中对流可以由多个小流体柱和靠近地心上下边界的漩涡标识并和中间区域的主要对流相互作用。
流体模式的这种不同，对地球磁场的结构和发生各种变化的时间有很大的影响。这是为什么研究人员坚持不懈地研发下一代三维模型的原因。也许十年后的某一天，计算机处理速度的进步将使模拟紊流发电机成为可能。在那以前，我们希望从现在进行的实验室发电机实验中获取更多的了解。
实验室发电机
增进对地球发电机了解的一个好方法把计算机发电机模型（缺乏紊流）和实验室发电机模型（缺乏对流）作比较。科学家在1960年代首次展示了实验室范围发电机的可能性，但是离成功还有很长的路。实验室装置和实际行星的内核在大小方面的巨大不同是一个至关重要的因素。一个能够自维持的流体发电机需要一个和维数无关的参数，称之为磁雷诺数（magnetic Reynolds number），应超过一个最小值，大致为10。
地球地心的磁雷诺数很大，可能大约为1000，这主要是因为地球的线尺寸很大（地心的半径大约是3485千米）。简单外推就是，用体积很小的流体产生一个很大的磁雷诺数是极端困难的，除非高速移动这一流体。
几个世纪以来，在实验室流体发电机里产生连续磁场的梦想首先实现于2000年，当时欧洲的两个研究团队——一个由拉脱维亚大学的Agris Gailitis领导，另一个由德国卡尔斯鲁厄研究中心的Robert Stieglitz和Ulrich Müller以及德国拜罗伊特大学的Fritz Busse组成——独立地实现了在大量的液钠里自己产生磁场。（采用液钠是因为钠具有高导电性和低熔点。）两个研究团队都找到了在1-2米长的螺旋型管道系统中获得高速流体的方法，从而得到了大约为10的临界磁雷诺数。
这些实验结果证实了理论，让我们可以估计什么时候应用发电机理论于地球和其他行星。目前世界范围内的许多研究团队正在紧张地发展下一代实验室发电机。为了更好地模拟地球的几何形状，这些实验将在大型球状容器中搅动液钠，直径最大的达3米。
除了正在进行的更真实的实验室发电机和三维计算机模拟计划以外，国际卫星CHAMP计划（Challenging Minisatellite Payload，挑战小卫星有效载荷的简写）正在制定高精度的地磁场测量计划，精度足以实时直接测量地磁场在地心-地幔边界的变化。研究人员预计该卫星在它的5年运行期内可以提供地磁场的连续图像，允许其监测反向通量带的连续增长，以及其他偶极场减弱的线索。
预计人造卫星观测、计算机模拟和实验室实验这三种方法在下一个或两个十年内可以被综合。通过对神奇的地球发电机更全面的描绘，人们将认识到我们目前关于地磁场和它的反转的理论是否方向对头。
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