脉冲激光加热模拟极端条件助力探秘地球磁场

　　地球磁场能够保护我们免受宇宙有害射线的侵害，生命的出现也与地球磁场息息相关。那么，究竟是什么支撑了地球磁场的稳定存在呢?中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所(以下简称“固体所”)特聘研究员亚历山大·冈察洛夫(Alexander·Goncharov)领导的研究团队对这一问题做出了回答：他们利用金刚石对顶砧并结合脉冲激光加热技术，将地球内部极端高温高压条件下铁的热运动直观地呈现在我们面前。这一研究工作于6月2日在线发表在《自然》杂志上(Nature 534, 99–101)。

　　地球内部处于高温高压环境，其中内地核主要成分是固态铁，外地核为液态铁，液体铁的运动形成地磁场。“地核的压力有几百万个大气压，温度有几千开尔文，人们想要了解的是在这种极端条件下，热量如何在地核中传播。因为地球磁场对这种热运动极其敏感，而正是这部分运动的能量在源源不断的维持地球磁场的存在。” 冈察洛夫研究员说。

　　科研团队通过金刚石对顶砧高压技术结合激光脉冲加热，从而获得了上百万大气压、1600-3000摄氏度的极端条件，成功模拟了地核内部的极端高温高压环境，并利用动态光谱学方法，准确测量了该条件下铁样品的热导率。研究发现，铁的热导率范围为每开尔文每米18至44瓦，这与地球早期磁场的模拟结果一致，证实了在地球刚刚形成的最早期，液态铁在地球内部不断对流产生“发电机”效应，从而在地球外部形成磁场，保证了地球的不断演化成型和生命物质的产生。

　　研究表明，地核中铁的热运动不仅能够维持地球发电机的不断运转和地磁场的稳定存在，而且还保证了地核中的热辐射不会强烈地传播到地球表面，进而使得地球在漫长的演化过程中，逐渐冷却到允许生命产生的温度条件。

　　作为固体所引进的“外专千人计划”专家，冈察洛夫研究员领导科研团队搭建了完善的高温高压实验系统，可实现200 万大气压、5000摄氏度以上的极端高温高压条件，并正在发展更高精度的动态光谱学测量系统。2015年冈察洛夫研究员被中国政府授予“友谊奖”，以表彰其在促进国际科研合作方面的贡献。

　　上述研究是固体所在极端条件研究方面取得的又一重大成果，该所极端环境能源物质中心研究成果在半年之内连续2次被《自然》刊发——今年1月6日《自然》曾发表了该中心另一位专家尤金-格列戈良茨(Eugene Gregoryanz)研究员的高压研究成果，他们在超过地心的压力极限下，获得了氢及其同位素氘第五相存在的证据，被认为是氢研究领域的里程碑。