지구의 핵심 :센터에 무엇이 있고 우리는 어떻게 알 수 있습니까?

선구적인 공상 과학 작가 Jules Verne이 1864 년에 지구의 중심으로 여행을 썼을 때, 그는 아마도 그의 음모가 순수한 환상이라는 것을 알았을 것입니다. Verne의 캐릭터는 몇 마일 떨어진 곳에서만 만들었지 만 빅토리아 시대 전에는 지구의 핵심 여행을 생각할 수도 있다는 생각이 었습니다.

사실 오늘날에도 우리가 지구로 뚫은 가장 먼 곳은 약 12km이며, 중앙까지의 거리는 6,370km에서 500 배 이상입니다.

그렇다면 우리는 아래에 무엇이 있는지 어떻게 알 수 있습니까? 우리 지구의 중심부에 무엇이 있는지 알아내는 것은 웅장한 과학적 퍼즐이었습니다.

지구가 둥글다는 것을 어떻게 알 수 있습니까?

지구가 의미있는 중심을 가지고 있다는 아이디어는 지구가 공 모양의 지구와 함께 진행되며, 우리는 오랫동안 디스크에 살지 않는다는 것을 알고있었습니다.

중세 사람들이 지구가 평평하다고 생각한 것은 신화입니다. 이것은 실제로 빅토리아 반 종교 선전의 혼합과 시대의 양식화 된지도의 오해에서 나왔습니다.

2,200 년 전 그리스어 폴리 마스 에라 토스 테네스가 지구 영역 주변의 거리를 첫 번째로 측정 한 것은 센터가 있어야한다는 것이 분명했습니다.

그러나 이것이 초기 철학자들이 오늘날 우리와 마찬가지로 지구를 생각했다는 의미는 아닙니다.

고대 그리스 물리학은 세상이 지구, 물, 공기, 그리고 마지막으로 불이라는 네 가지 기본 요소의 일련의 동심원으로 구성되었다고 말했다.

이 가장 오래된 과학적 그림에서 공기가 지구의 영역 안에있을 수 없기 때문에 지구의 중심은 견고해야했습니다.

분명히, 지구의 구체는 물로 완전히 둘러싸여 있지 않았거나 건조한 땅이 없었기 때문에 약간의 지구가 튀어 나오는 것으로 생각되었습니다. 즉, 하나의 대륙 만있을 수 있습니다.

결과적으로, 아메리카의 발견은 실제로 최초의 실험 과학 결과 중 하나였으며, 단일 대륙의 아이디어를 반증하고 고대 그리스 과학적 사고를 넘어서는 길에 중요한 단계를 표시했습니다.

베른의 책에서와 같이 지구가 완전히 속이거나 광대 한 동굴이 센터에 도달 한 것에 대한 아이디어는 고대부터 소설과 신화에서 인기가 있었으며, 또한 의사 과학과 음모 이론에도 특징이 있습니다.

그러나 1692 년에 특이한 나침반 독서를 설명하기 위해 중공 지구를 제안한 천문학 자 에드몬드 할리와 제외한 과학자는이 아이디어를 심각하게 받아 들였다는 것은 분명하지 않습니다.

그리고 1798 년에 영국 과학자이자 편심은 마지막 손톱을 '중공 지구'가설의 관에 넣었습니다. 헨리 카벤 디쉬 (Henry Cavendish), 지구를 정확하게 평가하는 실험으로 앞으로 나아가십시오.

지구 무게는 얼마입니까?

Cavendish는 이상한 사람으로, 직접 대면하는 것을 피하기 위해 메모를 통해 그의 종들과 만 의사 소통했습니다.

그의 귀족적 배경에도 불구하고, Cavendish는 과학에 자신의 삶을 바치고 화학과 물리학에서 일했으며 지구의 밀도를 계산하기위한 실험을 가장 유명하게 고안했습니다.

Cavendish는 작은 쌍에 두 개의 큰 공의 중력을 잡아 당기는 트위스트 힘의 양을 측정 한 간단한 비틀림 균형을 사용하여 두 쌍의 공 사이의 희미한 중력 매력을 계산할 수있었습니다.

이것을 지구 자신의 중력 풀과 비교함으로써 그는 지구의 밀도를 해결할 수있었습니다 (그리고 지구의 크기가 이미 알려진대로 질량도 있습니다).

그러나 밀도 수치는 깊이 어딘가에 매우 밀집되지 않은 재료가 없다면 지구가 대부분 견고해야한다는 것을 보여주었습니다.

지구의 핵심에 무엇이 있는지 어떻게 알 수 있습니까?

오늘, 우리는 지구의 내장을 세 가지 세그먼트로 나누었습니다. 빵 껍질은 5km에서 75km 두께의 외부 층인 맨틀, 약 2,900km의 깊이로, 코어의 두께로 약 2,900km의 깊이로 확장됩니다. 여기에서 관심이있는 비트는 지구 중심에서 약 3,500km 정도 떨어져 있습니다.

코어의 심장은 매우 덥지 만 여전히 반경이 약 1,200km 인 단단한 니켈 아이언 구체입니다. 약 5,400 ° C에서,이 내부 코어는 온도가 태양 표면과 비슷합니다. 나머지는 주로 온도가 비슷한 니켈 아이언으로 만들어진 지구의 액체 외부 코어입니다.

그러나 우리는 어떻게 접근하기 어려운 위치에 대한 세부 사항을 어떻게 알 수 있습니까?

핵심의 천 킬로미터 이내에도 거의 장애가 없을 때, 우리의 모든 지식은 간접적이며 지진학-지진의 과학에 달려 있습니다.

지진 후, 지진파는 지구를 통과하여 통과하는 재료에 따라 형태와 방향을 바꿉니다. 지구 물리학 자들은이 정보를 사용하여 지구의 핵심에 무엇이 있는지 추론했습니다.

그들의 지진계, 그러한 파도를 측정하는 장치는 지구 내부를 탐험하기위한 망원경과 같습니다.

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20 세기 초, 지진에 대한 지진 학자들의 지구 파도 분석과 결합 된 지구를 더 깊이 파고 들어가는 온도가 증가하는 온도는 지구의 내부 부분이 적어도 부분적으로 용융되었다고 제안했다.

그리고 주요 발견은 부끄럽게도 노벨상을 수상한 적이없는 두 과학자들에 의해 이루어졌다 :영국 지질 학자 Richard Oldham과 Danish 지진 학자 Inge Lehmann.

파도는 지구의 구조에 대해 무엇을 말해 줄 수 있습니까?

파도를 생각하면 아마도 바다에서 볼 수있는 표면파를 생각할 것입니다. 그러나 많은 파도 - 예를 들어 소리 - 재료의 몸을 통과합니다.

지진에 손상을 일으키는 지진파는 표면으로 이동하는 파도이지만 지구를 통과하는 두 가지 유형의 '몸파'도 있습니다. P 파 (‘P’는‘1 차’를 나타냅니다)는 소리처럼 세로 파입니다.

그들은 움직임 방향으로 진동하여 지구가 통과 할 때 스쿼시를하고 확장하게합니다.

P 파는 화강암과 같은 암석에서 초당 5km, 맨틀의 가장 밀도가 높은 부분에서 초당 최대 14km까지 빠르게 이동합니다.

두 번째 유형의 바디 웨이브 유형 인 s waves ( 's'는‘2 차’를 나타냅니다. P 파와 달리 액체를 통과 할 수 없으므로이 두 가지 유형의 파도가 지구의 핵심을 이해하는 데 필수적인 것으로 판명되었습니다.

큰 지진이 있다고 상상해보십시오. 파도는 지구를 통해 움직이기 시작합니다.

P 파는 앞서 쏘고 S 파는 속도의 약 절반을 뒤 따릅니다. 두 유형의 파도는 지진계에 의해 감지 될 것인데, 지진은 지구 전체의 진동을 측정하는 데 사용됩니다.

그러나 파도가 코어를 통과하여 먼 측정 스테이션에 도달하는 경우 소위 그림자 영역이 있습니다. 지진의 진원지에서 지구 주변 주위에서 약 104 ° 여행하면 파도가 사라집니다. 그러나 140 ° 이후에서 P 파가 다시 나타나고 S- 파를 동반하지 않습니다.

1906 년 초에 Richard Oldham 은이 이상한 그림자의 의미를 깨달았습니다. Oldham은 대부분의 경력을 인도의 지질 조사에서 보냈으며 종종 히말라야에서 일했습니다.

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1903 년 영국으로 은퇴했을 때, 그는 지난 몇 년 동안 지구의 내부를 조사하기 위해 축적 된 데이터를 사용했습니다. 그는 지구의 중심이 액체 인 경우 관찰 된 P 파 및 S 파 행동이 설명 될 수 있음을 깨달았습니다.

그러한 경우에, p- 파는 액체에 의해 굴절되며, 물에서 공기로 이동할 때 빛이 굽히고 독특한 그림자를 남깁니다. 대조적으로 S- 파는 액체 코어에 의해 전적으로 중지됩니다.

Oldham의 돌파구는 녹은 코어에 대한 널리 받아 들여지는 그림으로 이어졌지만 30 년 후 Inge Lehmann은 Oldham의 아이디어가 너무 단순하다는 것을 깨달았습니다.

지구 중심의 조밀 한 액체에 의한 p- 파의 굴절은 전체 그림자를 생성해야합니다.

실제로, Lehmann의 시간에 이용할 수있는보다 민감한 지진계로 측정 한 결과, 희미한 p 파가 여전히 그림자 구역에 도착하고 있음을 보여주었습니다.

1929 년 뉴질랜드 지진에서 지구를 통과하는 데이터를 연구함으로써 Lehmann은 이러한 파도가 내부 고체 코어와 외부 액체 사이의 경계에서 반사되고 있다고 제안했다.

1936 년에 발표 된 그녀의 결과는 2 년 후 Beno Gutenberg와 Charles Richter에 의해 확인되었으며, 이는 견고한 코어의 효과를 정확하게 모델링했습니다.

이 반사 된 지진파의 직접 측정은 마침내 1970 년에 나왔습니다.

지구의 핵심은 무엇입니까?

추가 연구는 지연된 도착으로부터 액체 외부 코어를 P 파로 교차 시켜서 내부 코어의 횡 방향 S 파로 변환 한 다음 나가서 P 파로 돌아가야했던 더 미묘한 파도를 선택했습니다.

2005 년에만 확인 된이 발견은 견고한 핵심의 증거였습니다.

그럼에도 불구하고 내부 핵심의 정확한 특성은 중요한 논쟁의 대상이됩니다. 예를 들어, 온도는 압력 하에서 재료가 녹고 굳어지는 방법에 대한 실험적 연구에서만 해결 될 수 있습니다.

실제로 핵심이 주로 철과 니켈로 구성된다는 가정은 은하수의 지역 지역에서 다른 요소가 발생하는 주파수의 조합과 지구가 어떻게 형성되었는지에 대한 우리의 이해에서 비롯됩니다.

지구 중심의 엄청난 압력 하에서 - 대기압 3 백만 회 이상의 대기압 - 재료는 정상적인 조건과는 매우 다르게 행동 할 수 있습니다.

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내부 코어의 가장 명백한 경쟁자는 견고한 니켈-아이언 합금이지만, 별에서 발견되는 물질의 상태 인 매우 밀집된 혈장이 비슷한 특성을 가질 수 있습니다. 여기서 어려움 중 하나는 그러한 극단적 인 환경에서 재료가 어떻게 행동하는지 아는 것입니다.

다이아몬드 모루 세포를 입력하십시오.

이 놀라운 장치에서는 1 밀리미터의 일부만이되는 두 개의 다이아몬드 포인트가 함께 압박됩니다.

작은 지역에 힘을 적용하면 넓은 곳에 적용하는 것보다 더 많은 압력이 생깁니다. 그래서 스틸레토 힐에 의해 밟는 것이 평평한 밑창보다 훨씬 고통 스럽습니다.

다이아몬드 모루는 지구의 핵심보다 최대 두 배의 압력을 생성하며 레이저를 사용하여 가열이 적용됩니다.

금속 샘플이 분쇄되어 코어와 같은 조건으로 가열되면, 결과는 지구 중앙의 결정질 고체를 시사합니다.

현실적으로, 우리는 지구의 핵심 근처에 아무데도 가지 않을 것입니다.

열, 압력 및 방사능 (내부 가열의 주요 공급원 중 하나)의 수준이 너무 높아서 6,000km 이상의 암석과 금속을 통해 구부러 지더라도 프로브가 생존 할 수 없습니다.

코어에 도달하는 것과 비교할 때 태양계의 외부 범위로 이동하는 것은 사소한 일입니다.

그러나 지진에 의해 생성되고 Inge Lehmann만큼 독창적 인 과학자들에 의해 해석되는 우리 지구의 진동은 우리가 직접 방문하지 않을 우리의 마음으로 탐구 할 수있는 수단을 제공합니다.

• 이 기사는 BBC Focus 의 문제 304에 처음 등장했습니다.

주요 용어

굴절 - 파도가 각도로 이동하는 두 재료 사이의 경계에 부딪 치면 방향이 바뀝니다. 예를 들어, 가벼운 파는 물과 공기 사이를 통과 할 때 굴절되어 똑 바른 물체가 구부러집니다.

지진학 - 지진에 대한 연구. 지구를 통과하는 다양한 유형의 지진파가 우리가 지구의 내면의 구조를 함께 모을 수 있었는지에 대한 분석.

비틀림 균형 - 이 장치는 바로 꼬리 섬유에 의해 프레임에서 매달린 막대로 구성됩니다. 막대가 옆으로 움직이면 섬유에 힘을 적용합니다.

가로파 - 이 파도는 한쪽 끝을 위아래로 움직여 밧줄을 통해 보낸 파도와 같은 일련의 측면 진동으로 구성됩니다. 예로는 빛과 S 파가 포함됩니다.