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太阳如何文火炖地球?兼谈聚焦热中微子内炙地核

已有 3764 次阅读 2017-6-20 07:49 |系统分类:科研笔记|关键词:太阳,地球,铁,镍,钍,铀,衰变,中微子,折射,聚焦,激发,退激

地球上的阳光雨露滋润了人类的繁衍生息,同享太阳恩典的大自然其他物种也生机勃勃。这都得益于地球的温暖气候适合生命存在,如果到处都冻得比南北极还冷,地球将是一片死寂。

太阳无疑是终极能量的提供方,那么地球是如何吸收太阳的能量,或者说太阳是如何“慢炖”或“叉烧”我们这个蓝色的星球呢?

我最近的一篇以英语发表的论文,回答了上述问题。预印本服务器上的备份链接:Converged Solar Neutrinos Heat Outer Core of Earth to Liquidhttp://vixra.org/pdf/1704.0375v3.pdf

这里再用中文复述一遍这个“故事”。

我们知道:地球的外核是高温液态铁镍。下图是从英文教材拷贝的解剖图:

Earth-Interior-1.jpg

下图是从中文教材拷贝的示意图:

earth_column-chinese.gif

令人吃惊的是:地球核心分内外两圈,内核是固态的铁疙瘩,外核竟像炼钢炉内的滚烫铁水,且厚达2200公里!

这是什么原因导致的呢?

官科简单解释为高压所致,但这个液圈的起始和终止位置,大自然到底如何刚好这样界定,却无法描述。

显然,熔融态一定意味着高温,所以,问题归根结底是要寻找导致这一温度分布的决定因素。

大家都有微波炉的使用经验:地瓜要是放到微波炉里烤,先熟的一定是里层某一圈,如果刚好是个圆溜溜的地瓜,烤后的温度分布,还真有点神似地球内部的状态。

理解下图非常关键,该图来自我的那篇论文:

SunRoastingEarth-2.png

图中红线代表太阳光,黑线代表中微子。

太阳光的功率密度约在1000瓦/平米,中微子功率密度约45瓦/平米,质子-质子链聚变反应生成的低能中微子或热中微子,是中微子通量能谱的主要波段。

太阳光只能在地球表面吸收和反射,或可深入土壤或水体较浅深度,但终究无法穿透地球。

要说太阳文火炖地球,太阳光的直射真的功不可没,但仅此表面功夫而已,毕竟光子不能穿透地球,且有相当部分散射到太空无法回收。

那么地球有没有内炙的因素在起作用呢?

先看高能中微子,或称快中微子。它几乎畅通无阻地穿越地球,仅受重力作用产生极微的折射,焦点或许遥远到冥王星以外。所以,忽略这部分占比很小且几乎无折射的能谱。

压轴戏当属热中微子。前一篇文章已经提到这个低端能级的中微子,已被俄国科学家逮到可以被镜面反射的铁证。

既然能被反射,岂有不可折射之理?

如果地球对1eV至100keV这个波段的热中微子,能有2以上的折射率,那么,按照我更前一篇博文:折射率与球透镜的焦区几何光学分析--光学科普http://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-1061095.html,太阳的热中微子就会在地球内部会聚成一个焦区。

下图展示了一个折射率很接近2的玻璃球,生成的焦区就在球外附近。同理,中微子聚焦情形,应可以上图示意,只不过换成内聚而已。


必定存在一个恰当的大于2的折射率范围,使得焦区刚好覆盖地球内核的熔融外圈。权且给有兴趣的、肯钻研的朋友留道习题:请精确算出理想的折射率。

更奇妙的是,地球内核材料几乎100%由铁镍组成。而它俩属于最稳定的元素,不像不稳定的重核那样,如钍铀,有显著的自然核衰变,并释放衰变热。

那么,聚焦后的热中微子能与铁镍有何互动呢?如果没有,故事结束,聚也匆匆,散也匆匆,不留下一丝回忆,就当啥也没发生。

然而,大自然就是这么有灵性:这个铁镍的核素竟然留有后手,且听我慢慢道来。

铁有4个稳定同位素:54Fe、56Fe、57Fe、58Fe,“兄弟”之间的丰度比分别是:5.845%、91.754%、2.119%、0.282%

其中,唯有57Fe,其核能级竟然存在一个能量超低的激发态14keV,这当然在热中微子聚焦后的中性流的可激发范围。

镍也是个“多子家族”,有5个稳定同位素:58Ni、60Ni、61Ni、62Ni、64Ni,“兄弟”之间的丰度比分别是:68.07%、26.22%、1.14%、3.63%、0.93%

其中,唯有61Ni,竟也存在一个能量很低的核激发态67keV,虽然“太热”了点,但仍在热中微子聚焦后的中性流的可激发范围。

我论文的图片中,同时列出了57Fe和61Ni的核反应方程式。其实说白了,就是吸收热中微子的能量,然后迅速退激吐出伽玛光子,而光子能就近被吸收,以致升温。

这点“蟊贼打劫”能量14keV、67keV,虽然比核衰变能量小2个数量级,但仍比普通化学反应10eV以下的能量,高出3至4个数量级,且由于地核捂得紧,长久积少成多也能把铁镍“炖熟”!

因为是中性流(Natural Current)吸收,这种能量“打劫”方式,不一定湮灭中微子,假设能量100keV的热中微子,被57Fe劫走14keV后,带着剩下86keV,“灰溜溜地”穿过地球了。

如果是荷性流(Charged Current)吸收,能量打劫的同时,也消灭了该中微子。这里不属于此情形,因为没有嬗变发生,仅激发-退激而已。荷性流吸收多发于快中微子,且发生贝塔衰变

这两核素在家族内部丰度虽不高,57Fe仅2.119%,而61Ni仅仅1.14%,但由于地球内核基本就只有铁镍,故而其“打劫”热中微子聚焦后的能量,应该是相当可观的!

幸亏地球是不停自转的,否则焦区真要被烧焦了;也幸亏有自转,才使得地球各个角落的生灵,有机会轮流受到太阳的宠幸。

天庭的和谐公正昭然若揭, 至少比人类社会自诩的和谐社会,还要伟光正很多倍!难怪川普由衷感叹:美国人民勿须崇拜政府,只须崇拜上帝。

说到这里,略显尴尬:到底是先有焦区烧焦了,从而推动地球自转,还是先有自转,从而形成了均匀的熔融外核呢?暂时是个见仁见智的问题,我姑且相信后者。

热中微子聚焦可把铁熔化?也许不全是,地球自身压力或许也贡献了一份子。但要说透镜聚焦太阳光,可以拿来点火香烟,大家肯定一致同意。

下图来个形象对比,左图聚焦太阳光点烟,右图聚焦太阳热中微子核爆(尚在研究中):


这一推测引发我无穷思绪:幸亏铁镍中有57Fe和61Ni两个活宝,否则热中微子被地球聚焦,不过是浪费造物主的苦心。盘古开天地时万一忽略这个设计细节,现在的地球还能保持现有内外温度吗?

这个焦区纵跨2200公里,而对于给定能量的热中微子,几何光学的计算得不到这么大的焦区尺寸,因而,这个大焦区会聚的热中微子能量,肯定不是单一的,而应该呈一定分布谱。

我们知道:太阳白光含有红橙黄绿青蓝紫等诸多波长成分,每种波长对应不同的折射率,所以,三棱镜能将它们一一分出来。

同理,不同能量的热中微子,一定有不同的折射率,能量越高,折射率越低,达到快中微子的程度后,就像伽玛光那样,再也不“折腰”了。

据此,在那个大焦区里,越靠近地幔,热中微子能量应该越高。

镍61Ni的核激发能67keV,高出铁57Fe的14keV将近5倍,顾而,“天若有情”的话,应该将地核的镍成分比例不均匀分布,越靠近地幔,镍含量应该越高,这才符合人们发现的核能级数据。

果然,“苍天不负人类”,地核的铁镍比例恰好如此分布,在最内核,正是100%的铁,往外则线性减少!

丫丫了这么多,倒底能否拿出铁证呢?

我还真犯难了,上帝也没本事将地球劈开给你验证。幸好有旁证:

新华社2014年02月19日电:日本超级神冈探测器,发现幽灵般的粒子在黑暗里更加活跃,这个大科学装置首次显示夜间中微子通量,比白天高出3.2%

这个消息当时引起了国际轰动!在我看来,可惜呀,可惜,科学团队将其归因于中微子的三味嬗变,确实有点牵强附会!

其实,如果热中微子被地球聚焦的猜测为真,那么,根据几何光学计算,夜间的通量真的要比白天多出3.2%以上。哇噻,茫茫宇宙间,还有什么比这更巧合的吗?

让我说什么好呢.png

最后,顺便提一下地球的软流圈asthenosphere,它是地幔的一部分,弱塑性变形区域,位于岩石圈的下面、中间圈的上面,其深度下界在地表以下180至220km深处,其基部甚至在700km深处。相对于地核外圈,真的显得很单薄。

既然变软了,也一定是高温引起。但它的升温机制,与我认为的地核外壳升温机制有所不同。这岩石圈里的元素组成,不再是铁镍了,而是众多的其它元素。其中钾、钍、铀等元素放射活性很高,很有可能是这些元素在这层富集度较高,引起了显著的核衰变致热。

假设能有中微子聚焦到这个区域,其能量也许超过了热中微子的波段,还不一定能否有足够的折射率呢。

月球是否也是这样运作的呢?

在地球上看月亮,只能永远看到她的一面,而从太阳上看月亮,她跟地球或其它行星一样,也是任何角落都可均匀得到太阳的普照。可想而知:月球始终用同一面面对地球小公转,也是无奈的选择,谁叫地球不是强大的中微子源呢?这再一次应证了大自然的聪明和伟大!

这事大伙儿怎么想呢?


附录

美国政府公布的标准核数据:

铁57Fehttp://www.nndc.bnl.gov/chart/getdataset.jsp?nucleus=57Fe&unc=nds

镍61Nihttp://www.nndc.bnl.gov/chart/getdataset.jsp?nucleus=61Ni&unc=nds

参考文献:

1. Converged Solar Neutrinos Heat Outer Core of Earth to Liquid, Yanming Wei, DOI:10.13140/RG.2.2.22716.23689, http://vixra.org/pdf/1704.0375v3.pdf

2. Neutrino coherent forward scattering and its index of refraction, Jiang Liu, DOI:10.1103/PhysRevD.45.1428.

3. Gravitational focusing of cosmic neutrinos by the solar interior, Yu. N. Demkov and A. M.Puchkov, 2000Physical review, DOI: 10.1103/PhysRevD.61.083001.

4. Neutrino and graviton rest mass estimations by a phenomenological approach, Dimitar Valev, preprintarXiv:hep-ph/0507255.

5. First Indication of Terrestrial Matter Effects on Solar Neutrino Oscillation, A. Renshaw et al, 2014 Physicalreview letter DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.091805.

6. New discoveries in Parkhomov’s 60Co astro-catalyzed beta decay, Yanming Wei, 2017,Researchgate, DOI:10.13140/RG.2.2.30632.98564. http://vixra.org/pdf/1704.0374v2.pdf




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