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楼主: henryharry2

[建议] 统一场论(天体物理2)

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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:26:00 | 显示全部楼层

磁流体发电机理论

那么,居里点等温面以上的地壳物质是否可能是地球主磁场的源呢?在检验了所有已知地壳物质磁性后得出了否定的结论。在最理想的情况下,全部地壳物质对地磁偶极子场的贡献也是微乎其微的。更为困难的是,地壳的变形和运动及其缓慢,根本无法解释快得多的磁极运动、磁场西向漂移地磁场极性倒转等一系列重要现象。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:30:30 | 显示全部楼层

磁流体发电机理论

如上所说,由于地幔的温度超过居里点,所以占地球体积82%的地幔物质的磁性不可能是地球主磁场的源。那么,地幔物质运动所产生的电磁效应是否能够产生主磁场呢?因为许多事实证明,地幔对流是存在的:海洋与大陆的形成,地震与火山的活动,海底扩张和大陆漂移等观测事实显示着地幔的活动性;中洋脊地幔上升和俯冲带地幔下降给出了地幔在重力和热力驱动下不断对流的证据;地幔流动的速度太慢,依然不能解释磁极移动、磁场西漂和极性倒转。而地磁学得益于地震学的帮助,找到了唯一可能产生地球主磁场的源——液态地球外核。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:34:29 | 显示全部楼层

磁流体发电机理论

地震学研究了地震波在地球内部的传播,得到了地球内部物质密度和状态的详细分布,为地磁场的起源的研究提供了重要的基础。地球的最表层是地壳,地壳厚度在海洋下约为10km,在青藏高原可达80km。地壳之下是上地幔,经过600~700km的转换带到达下地幔,在2890km处是核地幔界面,其下是液态外核,到5150km深度遇到固态内核。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:37:30 | 显示全部楼层

磁流体发电机理论

流体外核是最容易产生磁场的地方。地球的密度、温度和压力随深度增加,组成地球的物质在其漫长的演化过程中不断发生形变和分异,形成了现今基本上呈同心球层的结构。核幔边界是地球物质成分的显著分界面,两边物质的化学、物理学特性以及动力学状态明显不同,地球外核处于4000~6000度的高温和150~250万大气压的高压状态下,其中的物质呈导电流体状态。在温度和密度差异的条件下,外核流体在自转系统中发生对流,从而产生了自激发电机过程,这就是地球主磁场的磁流体发电机理论。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:42:24 | 显示全部楼层

埃尔萨塞—帕克模型和布拉德过程

1940年代末和1950年代初由埃尔萨塞、帕克、和布拉德等人完成的埃尔萨塞—帕克模型和布拉德过程对地球磁场的起源有了较为系统的论述。他们根据磁流体发电机的原理提出了一个颇为合理的设想:液态铁的外地核,内侧区域的温度比较高,外侧温度比较低。位于内侧区域的铁被加热会向外侧上升,这些上升到外侧表面的铁在冷却以后变重,又会向内侧下落。这样,在外核中就形成了液态铁的对流。这种铁流体在一个最初的微弱磁场中运动,就会像磁流体发电机一样产生电流(电磁感应)。据分析,地球内部有许多因素都能形成那个微弱的“种子”磁场的。电流的磁场又使原来弱的磁场得到加强,这样外地核物质与磁场相互作用使得原来弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗,当磁场增大到一定程度时变会稳定下来,形成现在我们这样的地磁场。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 05:49:01 | 显示全部楼层

双圆盘发电机模型

而双圆盘发电机模型从原理上阐明了地磁场起源的物理机制,圆盘在磁场中转动,产生一个从圆盘中心向外流的电流I。它用一根导线引出,导线带有与圆盘相接触的“电刷”。只要导线绕的适当,感应电流所产生的磁场就有可能加强原来的磁场。并且,一个圆盘内的感应电流围绕着另一个圆盘的轴流动。导线的这种绕轴的方法使得极性能够发生倒转。这样对地磁极性倒转的自然解释,是别的地磁成因假说都难以做到的。这种双圆盘发电机模型从原理上阐明了地磁场起源的物理机制。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 10:00:12 | 显示全部楼层

自激发电机理论的不足

虽然自激发电机假说在观测、实验和理论研究上得到了较多的认证,是目前被研究和应用得较多的地球磁场模型。这个假说能够解释地磁场的倒转以及磁场强度的变化等许多现象,但同时也面临着巨大的质疑。首先,在地核是什么与导线电刷相类似?其次原来弱的磁场产生的具体机制究竟如何?关于这些问题的回答又有这样几种说法:
1)最初的微弱的磁场可能来自核内化学不均匀性产生的弱电流,从而产生了弱的磁场;
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 楼主| 发表于 2015-12-10 10:05:15 | 显示全部楼层

自激发电机理论的不足

2)也有人认为在太阳系最初形成时,月亮即受到地球的引力成为它的卫星。而月亮在被吸引到地球附近的过程中,地球表面的海洋出现强烈的潮水起伏,这种起伏所引起的巨大摩擦力,使地球温度剧增,导致地心熔化,地心的岩浆在高温及强引力的作用下出现旋转的滚动,结果产生了磁场;3)也有人然为最初的微弱磁场是受其他星体的影响而产生的。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 10:11:48 | 显示全部楼层

自激发电机理论的不足

再次,这种自激发电机假说还碰到了能源问题。导体内部电流产生的磁场都要衰减,而古地磁的研究表明,已经测定的最古老的磁性岩石,年龄为10亿年量级,可见地球磁场在漫长的地质年代里是最稳定的,要维持这样的磁场,就需要不断提供能量。是什么能量来源能够提供一个这样稳定的巨大的能量呢?目前仍不清楚。虽然自激发电机假说与地核内真实的地磁场的产生原因仍然有差异,但却给我们以启发。因为磁流体发电机原理假说不但能够实现极性的倒转,也能够解释较多的地磁现象,所以受到了普遍的重视,是目前地磁研究中流行最广的假说。对它的进一步研究还在继续中。
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 楼主| 发表于 2015-12-10 10:26:24 | 显示全部楼层

自激发电机理论的不足

关于地磁场的起源问题,历史上曾先后提出来过10多种假说或理论,其大致可以分为五类。即磁化理论、感应理论、电流理论、波动理论和发电机理论,虽然目前仍然没有一种假说能令人满意地解决地磁场的起源问题,但是这些假说开拓了我们的思维,拓展了我们的视野,都各有其部分的真理性。人类绝不会停止探索地磁场起源之谜的脚步,我们坚信,地磁场的起源之谜中有一天会被我们所知,我们期待那一天的早日到来。
我认为,地磁场可能是超流维持的,这样不存在能源问题。另一方面,电磁场的偶极子和“薛定锷蛋”对偶,引起地磁场振荡,这类似于经典的双圆盘发电机,从而有一个大致50万年的磁性倒转周期。这可能与量子引力有莫大关系,因为“薛定锷蛋”的自旋与量子引力的爱因斯坦项相对应。
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 楼主| 发表于 2015-12-13 05:52:40 | 显示全部楼层

碳12的秘密

按照大爆炸理论,宇宙大爆炸只能产生了三种元素——大量的氢和氦,以及少量锂元素。到20世纪五十年代,我们知道了像碳、氧和硅等更重的元素是通过恒星内核聚变产生的。随着对这些核聚变过程的科学研究的进行,科学家们开始想知道这些元素为什么是,以及如何达到我们发现它们的丰度。
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 楼主| 发表于 2015-12-16 14:43:37 | 显示全部楼层

PSR J1614-2230

根据观测数据,PSR J1614-2230天体的闪频在每秒317次,这就意味着,这颗中子星在以每秒317次的频率高速旋转。这也是为什么在上个世纪刚观测到脉冲星的时候认为是宇宙另一个智慧生物发出的信号,科学家也称这个信号为“小绿人”,最后证实,它只是一颗高速旋转的脉冲星。但是,高速旋转对于PSR J1614-2230天体来说没有什么值得奇怪之处,让科学家感兴趣的是它的质量,观测数据表明,其质量为1.97倍的太阳质量,非常接近于2倍太阳的质量。
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 楼主| 发表于 2015-12-18 13:18:07 | 显示全部楼层

HD 140283

这颗恒星距离我们大约190光年,但年龄的估计值达到了144.6+-0.8亿年。工作小组注意到,对HD 140283恒星的年龄估算似乎超过了哈勃年龄,当前宇宙学研究认为哈勃年龄为137.7+-0.06亿年,显然144亿年偏大。事实上,HD140283恒星的铁含量极低,比太阳铁含量的1%还要少。对此,研究小组使用了哈勃空间望远镜对HD140283恒星进行三角视差法测量,可重新计算该恒星与地球的距离、年龄。通过对恒星光度以及温度的进行函数关系计算,推导出其年龄为144.6+-0.8亿年。
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 楼主| 发表于 2015-12-24 14:39:07 | 显示全部楼层

反常X射线脉冲星

反常X射线脉冲星(AXP)不同于普通的脉冲星(PSR),它主要辐射X射线脉冲而不是射电脉冲,脉冲周期要长得多,80%大于6秒,近半数大于100秒。周期长的原因还是一个未解决的问题,常被称为“长周期问题”。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:26:28 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

早在19世纪后期,人们就对元素及其同位素在自然界的丰度进行了研究。从1883年到1924年,美国地质调查局总化学师克拉克(Clarke,Frank Wigglesworth 1847~1931)在地壳厚度16千米的范围内,广泛地调查了地壳的化学组成,发表了地壳中化学元素的丰度调查结果。此后,又有人收集了大量的陨石、太阳、其它恒星、星云的各种元素及同位素分布的资料。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:39:21 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

曾致力于研究同位素理论、特别对重氢研究做出重要贡献的美国物理学家与化学家尤里(Urey,Harold Clayton 1893~1981)在 1956年,根据地球、陨石及太阳的资料绘制出更为详细、更为标准的元素丰度表,这一资料已成为元素合成理论的重要依据之一。从尤里的研究结果看出,元素及其同位素的分布是极其复杂又有一定规律的。这一规律一方面来自原子核结构的规律性,一方面又与元素的起源及演化史密切相关。任何有关元素起源与合成的假说都必须首先能解释这一分布的规律性。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:44:59 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

早期提出的元素起源与合成假说有平衡过程假说、中子俘获假说与聚中子裂变理论,它们都试图用单一过程解释全部元素的成因,最后都因矛盾百出不能自圆其说而失败。较为成功的元素核合成假说,是本世纪50年代提出的BBFH理论。BB代表伯比奇夫妇,伯比奇(Burbidge,Eleanor Margevet约 1925~)为英国女天文学家、格林威治天文台第一任台长,长期致力于类星体和元素在恒星深处的核合成理论研究。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:47:33 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

1955年伯比奇的丈夫受聘到美国加州帕萨迪那附近的威尔逊山天文台工作,伯比奇到加州理工学院任教。与伯比奇夫妇一起提出元素合成理论的还有美国核天体物理学家否勒(Fowler,William Al-frad 1911~)及英国天文学家霍伊尔(Hoyle,Sir Fred 1915~)。他们以尤里提出的元素丰度分布曲线为出发点,以核聚变理论为基础,认为宇宙间全部元素并非由单一过程一次形成,而是通过恒星各个演化阶段的相应八个过程逐次形成的。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:52:50 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

这八个过程是:①氢燃烧,在 T≥7百万K条件下,四个氢核聚变为氦核的过程;②氦燃烧,即T≥1亿K条件下,氦核聚变为碳核和氧核、氖核等的过程;③α过程,α粒子与氖核反应,相继生成镁、硅、硫、氩等元素原子核;④e过程,元素丰度曲线上的铁峰元素(钒、铬、锰、铁、钴、镍)等生成;⑤s慢中子俘获过程;⑥γ快中子俘获过程。这后两个过程分别简称s过程和γ过程,通过它们生成比铁重的元素;⑦生成低丰度的富质子同位素的质子p的俘获过程,以及⑧生成低丰度轻元素(如氘、锂、铍、硼等)的X过程。BBFH理论发表以后,不断得到核物理、天体物理以及宇宙化学等领域新成就的补充与修正,例如补充了碳燃烧、氧燃烧和硅燃烧等新过程。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:56:46 | 显示全部楼层

元素合成理论与天体核反应研究

近年来核天体物理学的一个研究热点是恒星晚期,特别是新星爆发附近阶段中较重元素的合成问题。在这个阶段,由于参与s过程的全部核素集中于β稳定谷附近,利用现有的核实验装置即可得到一些个别的核反应并测出其反应率,再计入所观测到的天文环境,人们可以建立过程模型,力图利用它拟合观测到的元素丰度。
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