发布单位:台北市立天文科学教育馆

  研究显示,固态内核不是始终比地球自转速度更快,而是在快慢之间振荡,周期为六年。这个发现可巧妙解释地球一天长度有着周期5.8年的波动变化。

地球自转
图说:研究人员发现,地球内核具有超旋转(速度较地球自转快)和亚旋转(速度较地球自转慢)的周期性变化,这与一般认为的模型相矛盾,该模型认为,地球内核的旋转速度始终高于地球自转的速度。

  加州大学洛杉矶分校地球物理学家John E. Vidale说:我们最新的观测显示,从1969年到1971年,内核旋转的速度稍微变慢了一些,然后从1971年到1974年,内核旋转的速度稍微变快一些。我们还注意到,一天的长度如预测的那样有增有减。这两个观测结果的巧合,可能原因为地球内核的振荡所致。

  科学家利用地震波的观测资料进行研究,显示地球内核是由固态的铁镍合金组成,直径约2,440公里,比冥王星略大。1996年科学家证实:内核表现出比地球自转速度还快的超旋转(superrotation),估计旋转速率为每年快1度。

  Vidale研究团队后来利用1970年代在俄罗斯新地岛试验场进行地下核试验的数据,将这一速度调降至每年快0.29度。另外,他们增加了1969年和1971年在安奇卡岛下面进行的两次试验资料的分析。结果令人惊讶,地球的内核不是在超旋转,而是在亚旋转(subrotating),也就是,比地球自转慢,大约每年慢0.1度。

  地球上一天的长度变化周期大约每6年±0.2秒,地球磁场也有着以6年为周期的振荡。在振幅和相位上,它们与Vidale导出的地球内核振荡模型的周期性相符。

  由于现今地下核试验没有过去那么多,只能靠更先进的地震仪来收集更多来自地球内部的地震波讯号,才能更进一步了解内核是如何形成的,以及如何随着时间转动。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  科学家发现了一种全新的磁波,每隔7年就会穿过地球的外核,在此过程中会扭曲地球磁场的强度。

图中显示了穿过地球外核最外层的神秘波(红色)。
图中显示了穿过地球外核最外层的神秘波(红色)。

  研究人员发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文写道,这些波被称为磁科里奥利波(magneto-Coriolis waves),因为它们是沿地球自转轴排列并移动的巨大磁柱,磁场强度在赤道最强。每年以约3公里的振幅扫过地核和地函的边界(大约在地表以下2,900公里),并以每年高达1,500公里的速度向西移动。

  研究作者分析了20多年来的磁场数据,这些数据是欧洲太空总署(ESA)的Swarm卫星任务在1999至2021年期间收集的。Swarm是由三颗相同的卫星组成,用来测量来自地核、地壳、海洋和大气层的磁场讯号。研究小组将卫星数据与早期地表的磁场测量数据结合起来,然后以数值模型来模拟地球磁场,进而首次确定了地球核心中存在磁科里奥利波。这些波的来源目前仍然是个谜,但可能源自外核中液态铁的运动所产生。

  法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的地球物理学家Nicolas Gillet说:我们的研究表明,其他这样的波可能存在,可能有更长的周期,但需要依赖更多的研究。由于波携带着传播介质的信息,此新的发现可应用于探测地球的内部,包括难以研究的地核,以及地核-地函的边界。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Live Science

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  一项关于地球如何转变成为富氧星球的新观点被提出:随着地球自转速度减慢,微生物有更长时间沐浴在阳光之下,加大了它们向大气中释放氧气的量能。

  数十亿年前,地球上的第一个生命体——密集蓝绿藻开始产生氧气,作为光合作用的副产品。但是科学家们仍然不确定是什么原因触发了这个转变,使地球从一个低氧星球变成了一个富氧世界,复杂的生物得以进化和变得多样化。

  科学家最近在世界上最大的淡水湖之一休伦湖的底层的一个天坑中发现了这种关联的线索。该天坑直径为300英尺,位于地表以下约80英尺处。在那里,富含硫的水滋养着在低氧环境中茁壮成长的多彩微生物,类似地球上最早的细菌。

  在天坑寒冷的深处,生活着两种微生物:寻求阳光的紫色蓝绿藻,通过光合作用产生氧气,以及消耗硫而不是释放硫酸盐白色细菌,互相争夺地盘。在早上和晚上,白色细菌会覆盖它们的紫色邻居,阻止紫色微生物接触阳光。当日光最强时,白色细菌会避开光线、迁移至天坑的深处,紫色蓝绿藻未被覆盖,从而能够进行光合作用并释放氧气。

一名潜水员在休伦湖的中岛污水池观察覆盖在岩石上的紫色、白色和绿色微生物。(图片来源:Phil Hartmeyer,NOAA 桑德贝国家海洋保护区)
一名潜水员在休伦湖的中岛污水池观察覆盖在岩石上的紫色、白色和绿色微生物。(图片来源:Phil Hartmeyer,NOAA 桑德贝国家海洋保护区)

  根据这新的研究发现,地球自转速度减慢可能是刺激微生物产生的氧气释放的重要因素:现在地球每24小时完成一次自转,但在40多亿年前,一天大约只有6个小时,因为地球与月球潮汐摩擦的过程减缓了地球的自转,大约在24亿年前地球自转减缓至特定速度,即一天的长度达到了临界点(关键的氧合时期),更长的日照时数可能使更多的氧分子从高浓度区域(微生物层带)游离到低浓度区域(大气层)。

  数十亿年前微生物之间也可能存在有类似的竞争,然而,随着白昼变得越来越长,制氧微生物获得了更长时间的日照,便能向大气中释放了更多的氧气。(编译:台北天文馆刘恺俐)

资料来源:Space.com

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  随着北半球的夏季逐渐到来,许多人会到海边游玩。你想起在家沐浴时的场景:浴缸的水放至半满,然后你舒服地躺进浴缸,水位马上上升到了接近八九分满,甚至还有可能溢出浴缸之外,端看您的“份量”决定结果。你可曾想过,海水会因为你坐进了海洋中而水位有所变化吗?

  浴缸的水位会上升多少,计算的方法很简单,若假设家里的浴缸是一个标准的长方体,只要将您“坐进水里的身体部分体积”除以“浴缸的底面积”,宾果!得到的结果就会是水位上升的数值。

  由此我们可以想像,如果海洋是一个超级大浴缸,有着超级巨大的底面积,你的身体体积对海水水位的改变将趋近于零,这也符合我们在海水浴场的真实体验。但如果,全世界的人口,80亿个大大小小的身体同时坐进海里,应该能对海平面造成一些影响了吧?

我们可以做一些简单的计算:
  平均计算大人与小孩的身材,每个人的体积约0.28立方公尺,如果只有身体的一半坐进海中,就是0.14立方公尺。乘以80亿个人,进入水中的体积总共约为1.13亿立方公尺。

Earth is called the ‘Blue Planet’ because its most striking feature is water, in both liquid and frozen form. (Image credit: NASA Goddard/Flickr, CC BY)

  地球表面的70%以上是海洋,所以这座超大浴缸的底面积约为3.63e16平方公尺(17位数)。将1.13亿与那个17位的天文数字一除,答案是——3微米(0.0003公分)左右,如果大家是全身都躺进水里,这个数字将翻倍,达到——6微米,还不如人类头发的宽度。

  事实证明,海洋是巨大的,而人类只是地球上渺小的存在。(编译/台北天文馆虞景翔)

资料来源:Space.com

发布单位:台北市立天文科学教育馆

新研究发现,地球上的水可能来自于行星形成时存在于太阳系内部的物质,而不是彗星或小行星所提供。
图说  新研究发现,地球上的水可能来自于行星形成时存在于太阳系内部的物质,而不是彗星或小行星所提供。Credit: © dell / stock.adobe.com

  一项新的研究发现,地球上的水可能来自于行星形成时存在于太阳系内部的物质,而不是遥远的彗星或小行星所提供。这项研究发表在《科学》(Science)期刊,这意味着地球可能一直都是含水的(wet)。

  来自法国南锡的Recherches Petrographiques et Geochimiques中心(CRPG,CNRS /Universite de Lorraine)的研究人员,包括现在担任圣路易斯华盛顿大学的博士后研究员的确定,一种名为顽火辉石球粒陨石(enstatite chondrite)中含有足够的氢,至少可提供3倍于地球海洋中的含水量,甚至更多。

  顽火辉石球粒陨石全部由太阳系内部的物质组成,本质上与最初构成地球的物质相同。

  我们的发现表明,地球的组成部分可能对地球的水资源起了重要的作用,第一作者Laurette Piani说,在这颗岩石行星形成时,太阳系内部存在着含氢物质,尽管温度太高,水无法凝结。

  顽火辉石球粒陨石是罕见的,只占收集到的已知陨石的2%左右。

  但它们具有与地球相似的氧、钛和钙同位素,氢、氮同位素也与地球相似。

  如果它们有效构成了地球的组成部分,这一结果意味着这些陨石向地球提供了足够的水,便可用来解释地球水的起源,这真是太神奇了!华盛顿大学艺术与科学物理学博士Lionel Vacher说。

  该论文还提出,大气中的氮(地球大气中最丰富的成分)可能也来自顽火辉石球粒陨石。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Scitech Daily