งานวิจัยใหม่จัดการกับความขัดแย้งรอบแกนกลางของดาว สล็อตแตกง่าย เคราะห์ส่วนลึกของโลกเป็นสถานที่ที่ชั่วร้าย ใต้พื้นดินกว่า 5,000 กิโลเมตร แกนกลางที่อุดมด้วยธาตุเหล็กจะเผาไหม้ที่อุณหภูมิเทียบได้กับพื้นผิวของดวงอาทิตย์ และแตกตัวด้วยแรงกดดันที่คล้ายกับน้ำหนักของวาฬสีน้ำเงิน 20 ตัวที่สมดุลบนแสตมป์
สภาพแวดล้อมสุดขั้วนี้ช่วยสร้างสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนทั่วทั้งโลกที่ทำให้สิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวเป็นไปได้ เมื่อดวงอาทิตย์พ่นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามายังโลกเป็นครั้งคราว สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนทิศทางการทิ้งระเบิดที่เข้ามา หากไม่มีการป้องกันแม่เหล็กนี้ พายุสุริยะจะทอดรูปแบบชีวิตที่ไม่สงสัยบนพื้นผิวและค่อยๆ ดึงชั้นบรรยากาศของโลกออกไป
นักวิทยาศาสตร์ได้ถกเถียงและปรับความเข้าใจเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลกเป็นเวลาหลายทศวรรษ
ความร้อนที่ไหลผ่านแกนด้านนอกของของเหลวจะช่วยให้เหล็กหลอมเหลวไหล ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กตามมติทั่วไป อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การสืบสวนครั้งใหม่เกี่ยวกับบอดี้การ์ดแม่เหล็กของโลกได้ทำให้เกิดปัญหาทั่วไปขึ้น ในปี 2555 นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าเหล็กในแกนกลางของดาวเคราะห์นำความร้อนได้เร็วกว่าที่เคยคิดไว้ นั่นจะหมายถึงการผสมกันน้อยลงในแกนนอกและโลกอายุน้อยที่มีสนามแม่เหล็กเพียงเล็กน้อย หากมีเลย ทว่าหินโบราณเผยให้เห็นบันทึกสนามแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังในยุคแรกซึ่งปกป้องโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน
ในเดือนมกราคม การจำลองแบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ได้เสนอวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับความขัดแย้งนี้ การจำลองว่าอิเล็กตรอนสะท้อนกลับรอบอะตอมของเหล็กที่อุณหภูมิและความดันสุดขั้วที่พบในแกนโลกได้อย่างไร ชี้ให้เห็นว่าการนำความร้อนของเหล็กจริงๆ แล้วอาจต่ำพอที่จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงกล้าในช่วงที่โลกยังเด็ก นักวิจัยคิดว่าความลึกลับนี้อาจคลี่คลายได้ภายในเวลาไม่กี่สัปดาห์ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา การทดลองจริงโดยใช้เพชรและเลเซอร์เพื่อสร้างสภาวะที่รุนแรงของแกนกลางของดาวเคราะห์ทำให้เกิดข้อสงสัยว่าความขัดแย้งจะได้รับการแก้ไขอย่างง่ายดาย
ปีเตอร์ ดริสคอลล์ นักธรณีฟิสิกส์จากสถาบันคาร์เนกีเพื่อวิทยาศาสตร์ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. กล่าวว่า แม้ว่าการคาดการณ์ค่าการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและลดลงอาจดูเหมือนนักวิทยาศาสตร์กำลังวิ่งวนเป็นวงกลม แต่ก็ชี้ให้เห็นว่าวิธีแก้ปัญหาน่าจะใกล้เคียงกัน
“ชุมชนจะไม่มาบรรจบกันเพื่อหาทางออกจนกว่าผู้คนจะเริ่มผลักดันจากทั้งสองทิศทาง” เขากล่าว
เยือกแข็งเหนือนรก
แกนกลางของโลกเป็นเครื่องยนต์ขนาดยักษ์ที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อน ซึ่งขับเคลื่อนโดยพลังงานที่เหลือจากการชนของจักรวาลเป็นหลัก เช่น เครื่องยนต์ที่ก่อตัวดวงจันทร์เมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน ในขณะที่ดาวเคราะห์ค่อยๆ เย็นตัวลง ความร้อนเริ่มแรกนี้จะไหลผ่านชั้นนอกของของเหลวที่ล้อมรอบแกนด้านในที่เป็นของแข็ง พลังงานความร้อนบางส่วนถ่ายเทได้อย่างอิสระจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมผ่านการนำ วัสดุจะยังคงอยู่กับที่ในขณะที่ความร้อนไหลผ่าน เช่น กระทะเหล็กหล่อที่อุ่นบนเตาตั้งพื้น เมื่อความร้อนที่ไหลผ่านวัสดุมีมากกว่าที่วัสดุสามารถจัดการผ่านการนำความร้อนได้ หย่อมที่อุ่นกว่าก็สามารถลอยขึ้นได้เหมือนกับอากาศร้อนในบอลลูนลมร้อน ทำให้เกิดการพาความร้อน ในการพาความร้อน ตัววัสดุจะเคลื่อนที่เอง
การพาความร้อนนี้จะทำให้เหล็กหลอมเหลวหมุนวนในแกนชั้นนอก ของเหลวที่ไหลลื่นทำหน้าที่เป็นไดนาโม ( SN: 5/18/13, p. 26 ) ภายในสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ ไดนาโมทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในเหล็กไหล การกระทำนี้สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองซึ่งเสริมความแข็งแกร่งและค้ำจุนสนามเดิม หากความร้อนไหลผ่านการนำมากกว่าการพาความร้อนแบบกวนเหล็ก ไดนาโมจะอ่อนตัวและสนามแม่เหล็กจะลดลง
เมื่อ 5 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเหล็กในแกนชั้นนอกของโลกได้ถ่ายเทความร้อนส่วนสำคัญผ่านการพาความร้อน ในปี 2012 ทุกอย่างเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน กลุ่มวิจัยหลายกลุ่มเสนออย่างอิสระว่าความร้อนในแกนกลางเคลื่อนผ่านการนำไฟฟ้ามากขึ้น ในอัตราประมาณ 150 ถึง 250 วัตต์ต่อเมตรต่อเคลวิน (ค่าการนำไฟฟ้าแสดงจำนวนวัตต์ของพลังงานความร้อนที่จะไหลผ่านลูกบาศก์ขนาด 1 เมตรโดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิ 1 เคลวินระหว่างสองด้านตรงข้ามกัน) ค่าการนำไฟฟ้านั้นมีค่าประมาณสามเท่าคือ 46 ถึง 63 W/(m•K) นักวิทยาศาสตร์เคยใช้มาก่อน ด้วยค่าการนำไฟฟ้าที่สูงเช่นนี้ การพาความร้อนในแกนกลางจะอ่อนแอ หากมีเลย สนามแม่เหล็กมีปัญหา
“นั่นเป็นเพียงคำกล่าวที่น่าตกใจ” ดริสคอลล์กล่าว “เป็นเรื่องยากที่จะเห็นการกระโดดอย่างมีประสิทธิภาพในชั่วข้ามคืนด้วยปัจจัยสาม” สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งซึ่งขับเคลื่อนด้วยการพาความร้อนเพียงอย่างเดียวดูเหมือนจะไม่น่าเป็นไปได้ในทันใด
โชคดีสำหรับรูปแบบชีวิตสมัยใหม่ส่วนใหญ่ การพาความร้อนไม่ใช่วิธีเดียวที่จะขับเคลื่อนไดนาโม เมื่อโลกเย็นตัวลง เหล็กในแกนเริ่มแข็งจากภายในสู่ภายนอก แกนในที่เป็นของแข็งในปัจจุบันเติบโตขึ้นมากถึง 6,000 เมตริกตันต่อวินาที องค์ประกอบที่เบากว่า เช่น ออกซิเจนและกำมะถันที่ผสมกับเหล็กที่ทำให้แข็งตัวถูกขับออกสู่แกนชั้นนอก การลอยตัวขององค์ประกอบที่ถูกขับออกไปช่วยปั่นแกนด้านนอกและทำให้ไดนาโมทำงาน จนถึงตอนนี้ แกนกลางถูกแช่แข็งเพียงประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีพลังงานเหลือเฟือที่จะรักษาสนามแม่เหล็กให้คงอยู่ได้นานหลายพันล้านปี สล็อตแตกง่าย
