近日，物理學(xué)家通過一項創(chuàng)新實驗，成功推斷了地球內(nèi)核邊界的溫度，這一成果對于理解地球磁場等重要地球物理現(xiàn)象具有重要意義。相關(guān)研究成果已在《物理評論快報》雜志上發(fā)表。

據(jù)研究人員介紹，地球的核心主要由鐵組成，分為熔融的外部和固體的內(nèi)部兩部分。其中，結(jié)晶的中心部分對于確保液體成分中的物質(zhì)對流至關(guān)重要，這種對流在地球周圍產(chǎn)生了磁場，對地球生態(tài)和動物遷徙等行為產(chǎn)生了重要影響。

為了準(zhǔn)確測定地球內(nèi)核邊界的溫度，物理學(xué)家們對鐵的相圖進(jìn)行了深入研究。相圖模型能夠確定金屬在不同壓力和溫度下的狀態(tài)，是理解地球內(nèi)部特征的關(guān)鍵。然而，由于鐵的發(fā)射率較低，直接高溫測量的精度較差，而間接熱力學(xué)計算又依賴于所選的熱導(dǎo)率模型，導(dǎo)致結(jié)果存在10-20%的誤差。

為了克服這一難題，歐洲同步加速器研究中心的Nicolas Sévelin-Radiguet與來自英國、美國和法國的物理學(xué)家合作，利用X射線吸收光譜法測量了被激光輻射壓縮到100-270吉帕斯卡的鐵的溫度。實驗在歐洲同步輻射裝置的高功率激光裝置(HPLF)進(jìn)行，研究人員將鐵樣品應(yīng)用到微觀金剛石上，并用激光觸發(fā)聚對二甲苯的燒蝕，產(chǎn)生沖擊波以測量鐵中的壓力。

為了測量鐵的溫度，物理學(xué)家們使用了X射線吸收光譜技術(shù)。X射線束被散射到樣品上的一個小點，然后由位置敏感探測器收集。這種方法使得研究人員能夠獲得能量分辨率高達(dá)1電子伏的全光譜，從而準(zhǔn)確測量鐵的溫度。

鐵在高溫和極壓下的相圖(黑色圓圈對應(yīng)作者的實驗結(jié)果)

通過將實驗結(jié)果收集到的光譜與雨格尼奧曲線進(jìn)行比較，科學(xué)家們確定了鐵的溫度依賴性。實驗結(jié)果表明，在240-270吉帕斯卡的壓力和5345-5800開爾文的溫度下，所謂的沖擊熔化樣品中出現(xiàn)了一個平臺期。物理學(xué)家們將這些數(shù)據(jù)與最新的鐵多相狀態(tài)方程進(jìn)行了比較，并證實了其有效性。根據(jù)外推法，他們得出了地球內(nèi)核邊界溫度的新上限為6202開爾文(壓力為330吉帕斯卡)。

這一新實驗結(jié)果對現(xiàn)有鐵相圖模型進(jìn)行了分類，區(qū)分了高估極端壓力下溫度的模型和與X射線吸收光譜數(shù)據(jù)一致的模型。