關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續釋出關於塑造當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
地球強大的磁場保護地球及其居民免受太陽風的全面衝擊。太陽風是帶電粒子的洪流，在金星和火星等防護較少的行星上，隨著時間的推移，它剝奪了水資源並破壞了它們的高層大氣。揭示磁場出現的時程以及產生磁場的機制（地球外核中對流流體的發電機）有助於約束地球的早期歷史，包括地質、大氣和天文過程的相互作用，這些過程使地球變得適宜居住。
發表在3月5日《科學》雜誌上的一項跨學科研究試圖做到這一點，提出了證據表明，早在34.5億年前，地球就擁有了由發電機產生的磁場，大約在地球形成後十億年左右。這項新研究將地球磁場的記錄至少提前了2億年；一個相關的研究小組在2007年提出了來自稍微年輕的岩石的類似證據，認為32億年前存在強大的地球磁場。
羅切斯特大學地球物理學家約翰·塔杜諾和他的同事分析了來自卡普瓦爾克拉通的岩石，卡普瓦爾克拉通是靠近非洲南端的一個地區，擁有相對原始的太古宙早期地殼。（太古宙開始於大約38億年前，結束於25億年前。）
在2009年，塔杜諾的研究小組發現，一些岩石在34.5億年前被磁化，大致與地球最早生命的直接證據在35億年前相吻合。但是，不能排除磁性的外部來源，例如太陽風的爆發。例如，金星自身缺乏強大的內部磁場，但確實擁有微弱的外部磁場，這是由太陽風撞擊行星稠密的大氣層而引起的。
磁場測量
這項新研究檢查了在卡普瓦爾岩石上留下磁性所需的磁場強度；它的結論是，當時的磁場強度是現在強度的50%到70%。這個值比外部磁場（如微弱的金星磁場）所期望的值大得多，這支援了當時地球內部存在發電機的說法。
有了對早期磁場的額外約束，研究人員能夠推斷出該磁場在多大程度上可以阻止太陽風。該小組發現，早太古宙的磁層頂（磁場與太陽風相遇的空間邊界）距離地球約30000公里或更少。磁層頂在今天大約是這個距離的兩倍，但可能會因太陽的極端能量爆發而發生偏移。“三十五億年前的那些穩定狀態條件與我們今天在嚴重太陽風暴期間看到的情況相似，”塔杜諾說。研究人員說，由於磁層頂如此接近地球，地球可能沒有完全免受太陽風的影響，並且可能在早期失去了大部分水分。
尋找可居住系外行星的線索
隨著研究人員加緊努力尋找太陽系外第一顆真正類似地球的行星，塔杜諾說，在模擬行星的潛在可居住性時，恆星風、大氣和磁場之間的關係應該發揮作用。“在研究系外行星時，這顯然是一個需要考慮的變數，”他說，並補充說，磁場對行星水預算的影響似乎尤為重要。
該領域的一位科學家認為這些結果是合理的，但仍有一些疑問。“我認為塔杜諾和他的合著者正在做的工作真的很令人興奮，”華盛頓大學塔科馬分校的地質學家彼得·塞爾金說。“他們開發的工具具有巨大的潛力，可以用來研究比以前任何人進行古地磁研究的岩石更古老的岩石。”
但他指出，即使是相對原始的卡普瓦爾克拉通岩石，也經歷了數十億年的低階礦物學和溫度變化。“它們並不完全處於最初的狀態，”塞爾金說，“而這正是許多古地磁學家避開這類岩石的原因。”塞爾金讚揚塔杜諾和他的合著者盡其所能地證明磁化的樣品已進行了最少的改變，但他希望看到更多的岩石學和礦物學分析。“我認為我們仍然需要了解塔杜諾和他的合著者在這項研究中使用的礦物，以便能夠完全接受這些結果，”他說。
多倫多大學的地球物理學家大衛·鄧洛普對此更加確信，稱這項工作是“非常謹慎的演示”。他說，磁場強度“可以相當自信地”分配到34億到34.5億年前的時間間隔。“進一步揭開地球發電機啟動的陰影將會令人興奮，但這似乎不太可能，”鄧洛普說。“在其他任何地方，大自然都沒有如此仁慈地儲存下幾乎原始的剩餘磁性載體。”