「行星發電機理論」的新解釋！

地球的內核是固態的，外層則是緩慢熔融的液態金屬。根據行星發電機理論，液態金屬的運動會產生感應電流，進而產生磁場，因此熔融內核的對流和旋轉導致了地磁場的形成。但這種解釋並不完美。

10月31日，一項發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)的研究提出了一種理論來解釋這種反饋，並基於實驗室中的「小型地球」對這種理論進行了測試。

行星發電機理論假設，磁場引起的流動力可以忽略不計，理論上如果流體旋轉足夠快，可以近似為在垂直於旋轉軸平面上的二維運動，這對行星內部施加了一個約束：即流體不能流過被稱為切線圓柱體的邊界。 但地球上記錄的流動違反了這一條件。

研究人員為了解釋這種差異，構建了一個可以同時捕捉對流、旋轉和磁力的實驗。通過這種方式計算類地條件下的電磁力和旋轉力，作者發現，至少10%的液體以類似地核中的循環模式流動；但在解釋不能僅用旋轉來描述的對流時，必須考慮磁場極性分量驅動極地和赤道地區之間產生的感應電流。

這項研究充分解釋了磁場的流動會穿過切線圓柱體邊界，表明了磁場在塑造地球和行星核心流體動力學上發揮了關鍵作用。

轉載自「哈勃觀察員」(發表於20241102)

關於「發電機理論」

　　發電機理論或發電機原理(Dynamo theory)是一個關於天體磁場的假說，在1940年後期物理學家W.M.Elsasser提出。他表示要誘發磁力線的產生，需要三個條件：

一、大量可導電的金屬液體，如熔融的鐵液 二、地球的自轉 三、熱與化學成份的對流作用

　　地球磁場是由於地球外核中熔融鐵、鎳的對流以及整個行星自轉的科里奧利力作用造成的。由於地球內部的熱能由核衰變造成，越往地球內部溫度愈熱，外部較涼，因此基本上地球內部會有熱對流產生，也就有物質的傳遞，但鐵鎳合金的成份會隨著溫度的改變而改變，因此它的化學成份也有變化，也會造成對流的現象。

　　金屬液體對流加上地球自轉所產生的科氏力也會形成捲狀的電流。當導電流體流經已形成的磁場時，會產生電磁感應及其磁場。感應磁場對原磁場有補償作用，如此一來可維持自身電力的發電機就形成了。類似的磁場在太陽(含有電漿體)、金星等天體上也存在。發電機被認為是地球磁場以及水星和木星行星磁場的來源。