我們對地球中心的看法可能需要認真更新。

新的證據表明,固體內核的自轉速度並沒有持續超過地球的自轉速度,而是在振盪——首先相對於遠在上方的地表向一個方向旋轉,然後是另一個方向,每六年改變一次方向。

這不僅對我們理解家園的內部運作具有重要意義,它還可以巧妙地解釋一個困擾科學家一段時間的謎團:地球一天長度的振盪變化,週期為 5.8 年。

南加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 的地球物理學家 John E. Vidale 說:「根據我們的發現,我們可以看到地球表面與其內核相比發生了變化,正如人們 20 年來所斷言的那樣。」

「然而,我們最新的觀察表明,內核從 1969-71 年開始旋轉稍微慢一些,然後從 1971-74 年開始向另一個方向移動。我們還注意到,一天的長度正如預期的那樣增長和縮小。這些巧合兩個觀察結果使振盪成為可能的解釋。」

儘管近幾十年來我們對地核的了解有了很大的發展,但仍有很多我們不知道的地方。我們不能只是去那裡看看它;我們所知道的一切,都是從間接觀測中收集的,例如在整個星球上傳播和反彈的地震波。

但這仍然是一個非常有效的工具。 科學家們已經能夠確定地球的內核可能是一個熾熱、緻密的固體鐵球,直徑大約為 2,440 公里(1,516 英里),比冥王星的大小略大。證據還表明它表現出超旋轉,比地球本身旋轉得更快。

研究人員在 1996 年首次詳細介紹了這一現象,估計超旋轉率為每年 1 度。 Vidale 和他的同事,也是加州大學洛杉磯分校的 Wei Wang,後來利用 1970 年代在俄羅斯新地島試驗場進行的地下核試驗的數據,將這一速度下調至每年 0.29 度。

在新的研究中,他們回到了過去,增加了 1971 年和 1969 年在阿姆奇特卡島下進行的兩次測試。這揭示了一些奇怪的東西。 數據表明,地球內核不是超旋轉,而是亞旋轉——也就是說,旋轉速度比地球自轉慢,每年約 0.1 度。

說明 Vidale 和 Wang 模型的圖表。(愛德華·索特洛/南加州大學)

研究人員說,這與振盪是一致的。 當它的自轉如火如荼時,內核會超速旋轉,但隨後會減慢速度,然後再次加速。

Vidale說:「內核振盪的想法是一個已經存在的模型,但是在它是否可行的問題上,研究界一直存在分歧。」

「我們進入這個階段,期望在前一對原子測試中看到相同的旋轉方向和速率,但我們看到了相反的結果。我們很驚訝地發現它正朝著另一個方向移動。」

振盪的六年周期與我們沒有確認解釋的其他振盪完全匹配。

地球的日子也每六年左右經歷正負 0.2 秒的時間變化,地球磁場也以六年為周期振盪。在振幅和相位上,它們與 Vidale 和 Wang 推導出的地球內核振盪模型的周期性相匹配。

這一切都意味著它需要更多的數據來解開,這可能很棘手。記錄核試驗數據的設施,即美國空軍的大孔徑地震陣列,於 1978 年關閉,地下核試驗遠沒有過去那麼多了。

但傳感器技術的進步可能意味著探測地球內核所需的詳細數據不會太遠。迄今為止的結果提供了一個誘人的暗示,即地球的內部比我們所知道的要複雜一些。

Vidale說:「內核不是固定的——它在我們腳下移動,它似乎每六年來回移動幾公里。」

「我們試圖回答的一個問題是,內核是否在逐漸移動,或是與其他一切相比,從長遠來看,它大部分是鎖定的?我們試圖了解內核是如何形成的,以及它是如何隨著時間移動的——這是更好理解這一過程的重要一步。」

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參考資料:

  1. Starr, M., (2022,June 10). The Length of a Day Oscillates Every 6 Years, And We May Finally Know Why. ScienceAlert
  2. Wang, W., & Vidale, J. E. (2022). Seismological observation of Earth’s oscillating inner core. Science Advances, 8(23), eabm9916. Science Advances doi.org/doi:10.1126/sciadv.abm9916 
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/an-oscillating-inner-core-could-be-changing-the-length-of-earth-s-days (圖:NASA/Johnson Space Center)
  4. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/an-oscillating-inner-core-could-be-changing-the-length-of-earth-s-days (圖:Edward Sotelo/USC)
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