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雙虎家居【科技在線】 圖中是地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，目前科學(xué)家通過多項(xiàng)測(cè)量仍未發(fā)現(xiàn)50%地球內(nèi)部熱量的具體來源。 地球熱量流動(dòng)地圖。 北京時(shí)間8月17日消息，據(jù)國外媒體宣傳，在炎熱夏季，當(dāng)你躺著可能感受不到來自地下的熱量，但事實(shí)上有相當(dāng)多的熱量來自于地下 地球深處。地下熱量相當(dāng)于能量總耗的3倍，并驅(qū)動(dòng)著重要的地質(zhì)過程，例如：地殼板塊運(yùn)動(dòng)和表面附近巖漿流動(dòng)等。但盡管如此，大約一半的地下熱量仍是一個(gè)未解謎團(tuán)。 中微子是一種極低質(zhì)量微粒，在地球內(nèi)部放射過程中釋放出來，科學(xué)家認(rèn)為，中微子可能提供揭曉50%地下熱量的重要線索，然而問題是科學(xué)家?guī)缀鯚o法采集到中微子。目前，科學(xué)家在近期發(fā)表的《自然通訊》雜志上撰文指出，現(xiàn)在新做法已能夠做到這一些。 地球內(nèi)部已知熱量源自放射性衰變，以及地球初形成時(shí)的余熱。依據(jù)巖石樣本成分的測(cè)量報(bào)告，源自放射性衰變的地球內(nèi)部熱量具有很高的不明確性，占地球內(nèi)部總熱量的25-90%。 神秘粒子 放射性物質(zhì)中的原子具有不穩(wěn)定原子核，這意味著通過釋放核輻射，它們可以分裂(衰減至穩(wěn)定狀態(tài))，其中一點(diǎn)核輻射可以轉(zhuǎn)換為熱量。這種輻射包含具有特殊能量的不同微粒，它們?nèi)Q于所釋放的物質(zhì) 包括中微子。當(dāng)放射性元素在地殼和地幔中衰變時(shí)，會(huì)釋放出 地球-中微子 。事實(shí)上，每秒地球會(huì)輻射1萬億個(gè)這樣的微粒進(jìn)入太空，測(cè)量這些能量將揭曉何種物質(zhì)制造它們，從而呈現(xiàn)地球隱藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體成分。 地球內(nèi)部首要放射來源是不穩(wěn)定的鈾、釷和鉀，這是我們基于地面以下200公里處的巖石樣本所掌握的，然而隱藏在地下更深處的放射來源尚不清楚。我們知道當(dāng)鈾衰變時(shí)釋放地球-中微子的能量將遠(yuǎn)大于鉀分裂時(shí)釋放的能量，因?yàn)榇送ㄟ^測(cè)量地球-中微子能量，我們能夠知道它們來自于什么類型的放射性物質(zhì)。事實(shí)上，這是一種更簡(jiǎn)單的做法計(jì)算地球內(nèi)部狀況，而不是一個(gè)從地面向下鉆探幾十公里深。 遺憾的是，地球-中微子是非常難以探測(cè)的，它們不像內(nèi)部探測(cè)器與普通物質(zhì)發(fā)生交互關(guān)系，它們僅是直接穿過普通物質(zhì)。這就是為什么2003年科學(xué)家設(shè)置一個(gè)巨大地下探測(cè)器裝滿大約1000噸液體，才觀測(cè)到地球-中微子，該探測(cè)器能記錄液體中與原子發(fā)生碰撞的中微子。 此后僅有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)采用類似的技術(shù)觀測(cè)到地球-中微子，這兩項(xiàng)測(cè)量表明，大約一半的地球內(nèi)部熱量是放射性活動(dòng)過程產(chǎn)生的，鈾和釷衰變可以解釋該放射活動(dòng)，然而，剩下50%的地球內(nèi)部熱量仍是一個(gè)未解謎團(tuán)。 迄今為止，測(cè)量數(shù)據(jù)仍無法測(cè)量鉀衰變產(chǎn)生的熱量，該過程釋放的中微子能量很低，所以熱量的剩余部分來自于鉀衰變過程。 我們新研究表明，我們通過測(cè)量地球-中微子源自的地球方向，以及它的能量，能夠繪制出地球內(nèi)部熱量流動(dòng)地圖。這聽起來很簡(jiǎn)單，但是存在的技術(shù)挑戰(zhàn)非常大，需要新的粒子探測(cè)技術(shù)。 我們提議采用充氣 時(shí)間投影探測(cè)器 ，啟動(dòng)該探測(cè)器，能夠制造地球-中微子與探測(cè)器內(nèi)部氣體碰撞的3d圖像，該過程從一個(gè)氣體原子中分解出一個(gè)電子。這種電子運(yùn)動(dòng)可隨著時(shí)間的推移而被跟蹤，重建該過程的時(shí)間維度。之后高分辨率成像技術(shù)能重建該運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)空間維度，在當(dāng)前采用的液體探測(cè)器中，短距離碰撞可以釋放粒子(因?yàn)樗鼈兲幱谝后w之中)，但是粒子傳遞的方向不能明確。 類似的探測(cè)器，在更小的范圍內(nèi)，可用于測(cè)量中微子的相互作用，并用于搜尋暗物質(zhì)。我們計(jì)算表明，該探測(cè)器的體積大小需要滿足放射性鉀產(chǎn)生地球-中微子的條件，預(yù)計(jì)探測(cè)器重量為20噸。為了地繪制地幔成分地圖，該探測(cè)器的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)達(dá)到200噸，目前我們已建造這樣的探測(cè)器原型，并積極擴(kuò)大建造規(guī)模。 用這種做法測(cè)量地球-中微子將有助于繪制地球內(nèi)部熱量流動(dòng)，通過判斷放射性元素濃度，將幫助我們理解地球內(nèi)核演變，并且，還將揭曉長(zhǎng)時(shí)間存在的謎團(tuán) 產(chǎn)生地球磁場(chǎng)的外核中，驅(qū)動(dòng)對(duì)流的熱量來源。地球磁場(chǎng)對(duì)于保護(hù)地球生命免遭太陽有害輻射具有重要作用。

我們不太了解地球內(nèi)部的情況。 這些新的測(cè)量讓科學(xué)家興奮不已，測(cè)量數(shù)據(jù)最終將揭示地球內(nèi)部隱藏的運(yùn)行情況。