為什麼地核是固態的？

creidt：視頻截圖

有一個未解之謎，困擾了數代科學家：我們的地球裡面，那個冥王星大小的地核，其外部是液態的，而內部是卻是固態的金屬。對，固態的——即使它的溫度幾乎和太陽表面一樣高。怎麼可能呢？瑞典科學家覺得自己找到了答案。

金屬立方體

金屬中的原子排列呈晶體結構。這種結構會隨著溫度和壓力變化。在我們所知的常溫常壓下，金屬原子會呈現我們所熟知的體心立方( body-centered cubic)結構——在這種經典的結構下，原子排列在立方體的八個角上和一個中心點上。在極端高壓下，金屬的結構則會變成所謂的密排六方晶格( hexagonal close-packed )結構，密排六方晶格中十二個金屬原子分布在六方體的十二個角上。

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你能想像嗎？ 地核的壓力是地表壓強的三百五十萬倍。所以你覺得地核的金屬晶體結構可能會是六方形。科學家也是這麼想的：他們覺得方形結構是不可能存在於那種條件之下的。不過2017年2月的一份刊登出的報告提出了不一樣的觀點，來自瑞典斯德哥爾摩 KTH 皇家科技學院的科學家們，分析了大量的數據，得出了一個驚人的結論。

洗牌

研究人員使用大量的超計算機分析了三年前加州的 Livermore Lawrence 國家實驗室的大量數據。他們發現，地核確確實實是個方形結構。在常規的溫度(不是常溫)下，方形結構是不穩定的，原子「平面」很容易滑動，脫離這個結構，於是金屬就成液態的了。不過在地核這種極端環境之下，原子移動十分迅速，但它們之間的距離很近。所以，其實原子無處可跑。就像一節擁擠的地鐵車廂，人在裡面動，也只能是互相交換位置，總體的形狀是不會變的。

「這個滑動的過程，有點像一副撲克牌洗牌，」共同作者 Anatoly Belonoshko 解釋到。「即使洗完之後，每張牌的位置不一樣了，但還是那一副牌。同樣的道理，原子的位置變了，但原子的方形結構也不會變。」

這個理論不僅僅解釋了為什麼地核是固體的，還能夠解釋，為什麼地震波當中，縱波比橫波快。原子在方形結構中移動的時候，會給地核這個金屬塊增加「紋理」，這種紋理和木頭上的紋理類似，會給地震波的傳播帶來偏向性。知道了些關於地球內部結構的知識，能夠幫助我們預測未來會發生的事情。

本文譯自 curiosity，由譯者 Dkphhh 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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