磁場(chǎng)與行星環(huán)境的演化

楊林

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摘要：行星的磁場(chǎng)會(huì)影響行星的環(huán)境演變，一顆具有較強(qiáng)磁場(chǎng)的行星，其磁場(chǎng)可以使這顆行星變成適宜生命的誕生的星球。然而磁場(chǎng)對(duì)行星具體產(chǎn)生作用的方式是什么？又是如何影響去行星環(huán)境的演變？

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關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)；火星；氣態(tài)行星；外星生命；帶電粒子；地球；行星自轉(zhuǎn)；木星；行星磁場(chǎng)；太陽；三元平衡系統(tǒng)；水

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0引言

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科學(xué)家在對(duì)火星的研究中，認(rèn)為正是因?yàn)榛鹦堑拇艌?chǎng)過于微弱，所以導(dǎo)致了火星不能有效的阻擋來自太陽粒子的輻射，使火星的環(huán)境遭到了毀滅性的破壞。

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1行星磁場(chǎng)

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1.1什么是行星的磁場(chǎng)？

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人們測(cè)量到的行星的磁場(chǎng)，其實(shí)是對(duì)某一區(qū)域內(nèi)，所有磁場(chǎng)疊加的結(jié)果的測(cè)量。這一區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)疊加，就是這一區(qū)域內(nèi)的整體磁場(chǎng)。而這個(gè)整體磁場(chǎng)，是相對(duì)于其他空間磁場(chǎng)的不同磁場(chǎng)狀態(tài)。

而行星作為宇宙中的某個(gè)區(qū)域，對(duì)這個(gè)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)疊加影響最大的，就是這個(gè)行星的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。如果這一區(qū)域之內(nèi)磁場(chǎng)疊加之后，呈現(xiàn)出一種與其他空間明顯不同磁場(chǎng)狀態(tài)，那么就說明這顆行星具有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)。

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1.2行星的磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？

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在《磁場(chǎng)與復(fù)合磁場(chǎng)以及混沌磁場(chǎng)》一文中，證明了物體相對(duì)于絕對(duì)靜止空間的運(yùn)動(dòng)，是產(chǎn)生磁場(chǎng)的根本原因。而行星的自轉(zhuǎn)則是行星磁場(chǎng)的主要來源，當(dāng)然行星最終形成的磁場(chǎng)，包括這顆行星磁性物質(zhì)形成的局域磁場(chǎng)、公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)、太陽自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)、其他行星的磁場(chǎng)等，與這顆行星自轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加的結(jié)果。

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2磁場(chǎng)對(duì)太陽高能粒子輻射的影響

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2.1三元平衡定律與太陽高能粒子輻射

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太陽由于對(duì)外釋放能量，這些能量最開始都是以電磁波的形式釋放。但由于在三元平衡定律的影響下，這些電磁波會(huì)在被釋放的一瞬間，就會(huì)形成電子、質(zhì)子、中子、原子等高能粒子。這些高能粒子，同樣會(huì)被釋放到太陽周圍的各個(gè)地方。

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2.2磁場(chǎng)俘獲帶電粒子

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太陽在釋放這些高能粒子的時(shí)候，這些高能粒子中大部分都帶有一定的電荷。當(dāng)遇到具有很強(qiáng)磁場(chǎng)的行星，由于磁場(chǎng)的作用，這些磁場(chǎng)會(huì)形成一種改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的作用力，這種作用力結(jié)合行星的引力作用，最終就會(huì)俘獲一部分帶電粒子。

由于在太陽內(nèi)部的電磁波，在三元平衡定律的作用下，形成的粒子中，電磁波和電子都是一種運(yùn)動(dòng)的粒子，而當(dāng)同向運(yùn)動(dòng)的電子形成其它質(zhì)量較大的粒子之后，也就自然會(huì)帶有一定的初始速度。而質(zhì)量較大的粒子，由于形成的過程也相對(duì)比較復(fù)雜，所以這些粒子在太陽內(nèi)部生成之后，往往保留的初始速度也相對(duì)較小。這種質(zhì)量較大的粒子，也會(huì)受到更大的太陽對(duì)它的引力，會(huì)慢慢的使得這些質(zhì)量較大的粒子遠(yuǎn)離太陽的運(yùn)動(dòng)速度減小。最后的結(jié)果就是，這些質(zhì)量較大的粒子會(huì)在距離太陽較近的地方聚集起來，聚集起來的粒子圍繞太陽公轉(zhuǎn)。

如果一些質(zhì)量較大的帶電粒子，當(dāng)遠(yuǎn)離太陽的動(dòng)能比較小的時(shí)候，如果受到來自行星的引力和磁場(chǎng)產(chǎn)生的作用力，那么這些質(zhì)量較大的粒子，就相對(duì)來說比較容易被這樣的行星俘獲。而這種質(zhì)量較大的粒子，很可能就是一些比較復(fù)雜的原子，比較復(fù)雜的原子與電子結(jié)合就會(huì)形成一些比較重的元素。這也就解釋了，為什么距離太陽較近的行星，往往都是一些密度較大的固體行星的原因了。

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2.3磁場(chǎng)與水

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而行星之所以能夠產(chǎn)生生命，自然是離不開液態(tài)水對(duì)行星生態(tài)的影響。而液態(tài)水則是由氫和氧構(gòu)成的，而氫原子是由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成，是一種相對(duì)較輕的粒子。質(zhì)子和電子都是一種帶電粒子，具有強(qiáng)磁場(chǎng)的行星，則會(huì)更容易俘獲這類帶電粒子。當(dāng)這類粒子被俘獲之后，就會(huì)和氧原子作用形成液態(tài)水，慢慢的就會(huì)影響生命的出現(xiàn)。

由于太陽形成的質(zhì)量較大的粒子，相對(duì)來說生成的概率也相對(duì)較低，同樣也不容易被釋放到距離太陽較遠(yuǎn)的地方，而距離太陽較近的地方又很容易被太陽重新吞噬。所以距離太陽較近的行星，通常體積和質(zhì)量都比較小，所以這類行星一般都很難形成一個(gè)較大的磁場(chǎng)。

由于沒有較大的磁場(chǎng)，所以就非常難以俘獲像質(zhì)子這樣的帶電粒子。也就是這個(gè)原因，使得這些星球難以形成一個(gè)有水的環(huán)境。

當(dāng)然還有另一個(gè)原因，就是距離太陽較近，溫度也相應(yīng)的會(huì)很高，過高的溫度也不利于液態(tài)水的保存。高溫會(huì)使液態(tài)水蒸發(fā)成水蒸氣，而超強(qiáng)的太陽紫外線又會(huì)使水蒸氣分解成氫原子和氧原子。兩個(gè)氫原子最終可能生成一個(gè)氫氣分子，由于氫氣是宇宙中密度最小的氣體，所以就會(huì)使得氫氣相對(duì)來說更容易從行星中逃逸出去。

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3行星磁場(chǎng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)

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3.1地球磁場(chǎng)與水資源循環(huán)

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然而地球距離太陽的位置正好不近不遠(yuǎn)，地球磁場(chǎng)正好可以有效俘獲足夠多的質(zhì)子，保證了地球上充足的水資源。而火星由于沒有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，使得不能俘獲太多的質(zhì)子，所以導(dǎo)致了火星上的水資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。

在地球上，當(dāng)?shù)厍蛏系乃纬伤魵鈺r(shí)，水蒸氣在大氣圈上部會(huì)被短波紫外線分解，分解成氫原子和氧原子。由于氫原子形成的氫氣，是密度最小氣體，所以這些氫氣會(huì)漂浮在距離地球最遠(yuǎn)的大氣層中。這樣也就使得這部分氫氣相對(duì)來說更容易從地球上逃逸出去。然而逃逸出去的那部分氫氣，就需要通過地球磁場(chǎng)來俘獲從地球附近經(jīng)過的質(zhì)子，這些質(zhì)子和經(jīng)過的電子結(jié)合形成氫原子，以此來補(bǔ)充逃逸出去的那部分氫原子。這就使得地球上的氫元素形成了一種循環(huán)，而產(chǎn)生這個(gè)循環(huán)的最關(guān)鍵一環(huán)，就是地球的磁場(chǎng)。

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3.2火星環(huán)境演變的分析

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而在火星上，由于沒有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，使得火星上的水蒸氣被短波紫外線分解成氫原子之后，一旦形成的氫氣從火星的大氣中逃逸之后，火星的磁場(chǎng)又不能俘獲更多的質(zhì)子，所以火星上就會(huì)出現(xiàn)液態(tài)水的流失現(xiàn)象。而流失之后的氫元素又不能得到足夠多的補(bǔ)給，所以慢慢的火星就會(huì)變成一個(gè)干涸的星球。其實(shí)金星也是同樣的道理。

而現(xiàn)在對(duì)火星的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)火星上存在曾經(jīng)被巨大水流沖刷過的痕跡，以此認(rèn)為火星上曾經(jīng)有過大量的水資源。然而這些水資源，可能由于在一次巨大的天體撞擊事件之后，由于磁場(chǎng)的改變等因素，使得這些水從火星上逐漸的流失到宇宙中。同時(shí)撞擊導(dǎo)致了火星磁場(chǎng)的改變，由于大部分磁場(chǎng)的消失，使得火星再也沒有重新俘獲足夠多質(zhì)子的能力。

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3.3氣態(tài)行星成因分析

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距離太陽較遠(yuǎn)的行星都是一些氣態(tài)巨行星，這些氣態(tài)巨行星都有很強(qiáng)的磁場(chǎng)。而太陽輻射的質(zhì)量較輕的粒子，相對(duì)來說更容易到達(dá)距離太陽較遠(yuǎn)的地方。較輕的粒子當(dāng)來的這些較遠(yuǎn)的地方，由于太陽引力的作用，向外輻射的動(dòng)能可能也被消耗的差不多。這些較輕的粒子就會(huì)在這些地方，隨著太陽系的疊加磁場(chǎng)的影響運(yùn)動(dòng)。當(dāng)遇到這一區(qū)域內(nèi)，行星產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)被這些行星俘獲。

而太陽輻射的主要粒子，都是一些質(zhì)量相對(duì)較小的帶電粒子，而這些粒子形成的時(shí)候，一般都有相對(duì)比較大的初始速度，也就使得這些粒子相對(duì)來說更容易到達(dá)距離太陽較遠(yuǎn)的地方。而距離太陽較遠(yuǎn)的地方，受到太陽照射也相對(duì)較弱，這些地方相對(duì)來說比較寒冷。氣溫低下的液態(tài)水或固態(tài)水，就更加容易被這些行星儲(chǔ)存起來。低溫導(dǎo)致極難形成氣態(tài)水蒸氣，加上短波紫外線輻射較低，也就使得這些行星上的水資源幾乎不會(huì)流失。最后就會(huì)導(dǎo)致這些星球的質(zhì)量和體積越來越大，而密度卻比較小。從太陽帶電粒子中俘獲的大量氫、氦等元素，最后形成一顆具有超厚大氣層的氣態(tài)行星。

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3結(jié)語?

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太陽形成和輻射帶電粒子，行星則通過引力和磁場(chǎng)俘獲這些帶電粒子。而形成水的基本元素是氫和氧，氫元素相對(duì)來說更容易從行星上逃逸。逃逸的氫氣需要從太陽的粒子輻射中獲得補(bǔ)給，而磁場(chǎng)就是俘獲這些粒子的最主要因素。因?yàn)榇艌?chǎng)會(huì)改變這些帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，使這些帶電粒子向強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域匯聚。

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參考文獻(xiàn)：

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［1］三元平衡定律與三元平衡系

［2］磁場(chǎng)與復(fù)合磁場(chǎng)以及混沌磁場(chǎng)

［3］三元平衡系統(tǒng)與月球起源論