撰文｜約翰·馬特森（John Matson）

翻譯｜龐瑋

地球不但孕育了生命，還以它強(qiáng)有力的武器——磁場，時(shí)刻保護(hù)著這個(gè)生物賴以生存的家園，使生命得以延續(xù)。太陽風(fēng)奪去了金星和火星上大量的水，而地球上的生命則在地球磁場的護(hù)衛(wèi)下逃過了太陽風(fēng)的魔掌。

地球強(qiáng)有力的磁場保護(hù)著這顆行星和居住于此的生命免受太陽風(fēng)的侵襲，使它們不至于像金星和火星那樣，由于缺乏堅(jiān)強(qiáng)的護(hù)衛(wèi)，在演化歲月中被來自太陽的離子風(fēng)暴不斷轟擊。在太陽的離子風(fēng)暴的轟擊下，金星和火星上的水資源逐漸枯竭，大氣層也日益薄弱。弄清地球磁場出現(xiàn)的時(shí)間表和地磁產(chǎn)生機(jī)制（地核外層的巖漿對流像發(fā)電機(jī)般產(chǎn)生地球磁場），有助于還原地球早期歷史，揭示包括地質(zhì)、氣象和天文過程在內(nèi)的各種因素是如何將地球打造成一處宜居之所的。

太陽風(fēng)

太陽風(fēng)是從太陽大氣最外層的日冕，向空間持續(xù)拋射出來的物質(zhì)粒子流。這種粒子流是從冕洞中噴射出來的，其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風(fēng)對地球的影響很大，當(dāng)它抵達(dá)地球時(shí)，往往引起很大的磁暴與強(qiáng)烈的極光，同時(shí)也產(chǎn)生電離層騷擾。

美國羅切斯特大學(xué)的地球物理學(xué)家約翰·塔爾杜諾（John A. Tarduno）已經(jīng)和同事一道對此展開研究。他們提供的證據(jù)表明，地球早在34.5億年前就通過上述流體發(fā)電機(jī)的機(jī)制獲得了磁場，此時(shí)距地球形成不過10億年左右。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在2010年3月5日的《科學(xué)》（Science）雜志上，它將地球磁場的歷史提前了至少2億年。從事相關(guān)研究的另一個(gè)小組曾在2007年提供了類似證據(jù)，不過他們的巖石樣本年代稍晚，由此推測出的結(jié)論是地球在32億年前便擁有了很強(qiáng)的地磁場。

磁力線保護(hù)地球：新的證據(jù)表明，保護(hù)著地球，使地球不被太陽風(fēng)直接吹襲的地球磁場，可以追溯到大約34.5億年前。這與生命誕生的時(shí)間大致吻合。

塔爾杜諾和他的研究組分析了來自卡普瓦爾克拉通（克拉通指地殼中相對穩(wěn)定的部分）的巖石，這一區(qū)域位于非洲大陸南部尖端附近，仍保留著早期太古宙（太古宙為距今約38億年前至25億年前的這段地質(zhì)時(shí)期）陸殼的原貌。他們在2009年發(fā)現(xiàn)，其中一些巖石在34.5億年前曾被磁化過，而現(xiàn)有的直接證據(jù)表明生命誕生于約35億年前，兩者大致吻合。但這些巖石磁場也有可能是被地外磁場磁化的，如太陽風(fēng)暴。金星就是一個(gè)例子，盡管它的內(nèi)部磁場很弱，但太陽風(fēng)暴對其濃密大氣層的不斷轟擊，導(dǎo)致金星仍然擁有一個(gè)可探測到的行星磁場。

在這項(xiàng)研究中，他們測算了在卡普瓦爾巖石上留下現(xiàn)有磁場烙印所需的磁場強(qiáng)度，結(jié)果表明該磁場強(qiáng)度是現(xiàn)有地磁場強(qiáng)度的50％～70％，比預(yù)期的外部磁場（如微弱的金星磁場）強(qiáng)出好多倍。這一結(jié)果表明，當(dāng)時(shí)存在的磁場應(yīng)該是內(nèi)部流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

研究者進(jìn)一步推測了當(dāng)時(shí)的地磁場能在多大程度上抵御太陽風(fēng)，由此發(fā)現(xiàn)太古宙早期地球的磁層頂距離地球表面約3萬千米。磁層頂是地磁場抵御太陽風(fēng)的最外層邊界。如今地球磁層頂?shù)降孛娴木嚯x約為6萬千米，具體位置會(huì)隨太陽的極端能量噴發(fā)活動(dòng)而不斷變動(dòng)。塔爾杜諾說：“35億年前磁層頂?shù)姆€(wěn)定位置，和如今超級(jí)太陽風(fēng)暴發(fā)生時(shí)的磁層頂位置差不多?！贝艑禹斁嚯x地面如此之近，無法完全屏蔽太陽風(fēng)，因此早期地球或許已經(jīng)失去過很多的水。

隨著尋找太陽系外類地行星的步伐日益加快，塔爾杜諾說，今后在模擬行星的生命適宜程度時(shí)應(yīng)該將行星風(fēng)、行星大氣和磁場之間的關(guān)系考慮進(jìn)去。他指出，目前看來磁場對行星水儲(chǔ)量的影響尤為重要。

美國華盛頓大學(xué)塔科馬分校的地質(zhì)學(xué)家彼得·塞爾金（Peter A. Selkin）認(rèn)為，上述工作引人注目，結(jié)果也合乎情理。不過他也指出，雖然卡普瓦爾克拉通的礦物構(gòu)成和環(huán)境溫度在過去數(shù)十億年間變化不大，“但并非原封不動(dòng)地保持在初始狀態(tài)”。他認(rèn)為：“還要進(jìn)一步分析塔爾杜諾及其合作者所用的礦石，不能急于下定論?！?/p>

加拿大多倫多大學(xué)的地球物理學(xué)家戴維·鄧洛普（David J. Dunlop）對塔爾杜諾小組的結(jié)果有信心，他稱此項(xiàng)工作“論證非常嚴(yán)謹(jǐn)”，將這些磁場出現(xiàn)的時(shí)間確定為距今34億～34.5億年前“是非常有把握的”。鄧洛普還說：“能將地球發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間再往前推，想想就讓人激動(dòng)，不過這似乎不太可能?！币?yàn)榈厍蛏显僖矝]有其他地方能夠獲得自然界的垂青，將原始磁場的痕跡如此完整地保存下來了。