新研究表明，水星古老的磁極距離今天磁極的位置很遠(yuǎn)，這意味著它的磁場(chǎng)和地球一樣，隨著時(shí)間的推移而變化。有些行星有金屬液核，科學(xué)家普遍認(rèn)為，行星的磁場(chǎng)來(lái)自其金屬核心的流體運(yùn)動(dòng)。

磁場(chǎng)產(chǎn)生了環(huán)繞行星的磁層，地球的磁層阻擋了大量的宇宙和太陽(yáng)輻射，使生命得以存在。水星是太陽(yáng)系中除地球之外另一個(gè)其熔融核心能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的行星。發(fā)表在AGU《地球物理研究期刊》上的新研究中：發(fā)現(xiàn)水星的古老磁極，稱(chēng)為古極，在它的過(guò)去發(fā)生了變化。

這項(xiàng)新的研究還表明，水星的磁“遺產(chǎn)”可能比之前認(rèn)為的更復(fù)雜。研究其他行星的磁場(chǎng)有助于科學(xué)家了解磁場(chǎng)如何演變，包括在地球上。觀察其他金屬核心的行為有助于科學(xué)家更好地了解太陽(yáng)系中行星的初始形成和隨后的成熟成長(zhǎng)。這項(xiàng)研究的主要作者、歐洲航天局位于荷蘭諾德維克的歐洲空間研究和技術(shù)中心天體物理學(xué)家Joana S.Oliveira說(shuō)：科學(xué)家們知道水星是隨著時(shí)間的推移而演化，但不能確定它是如何形成的。

磁場(chǎng)變化并不是水星所特有，地球的磁北極每年大約漂移55-60公里(34-37英里)，而磁南極漂移大約10-15公里(6-9英里)，在45億年的時(shí)間里，磁方向已經(jīng)翻轉(zhuǎn)了100多次。科學(xué)家們利用巖石來(lái)研究行星的磁場(chǎng)如何演變，由冷卻的熔巖產(chǎn)生火成巖，可以保存一份記錄，記錄磁場(chǎng)在巖石冷卻時(shí)的樣子，假設(shè)它們持有磁性材料。巖石的冷卻磁性物質(zhì)與核心磁場(chǎng)一致。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為熱動(dòng)磁化，地質(zhì)學(xué)家分析火成巖，確定地球上最后一次磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)大約是在78萬(wàn)年前。

利用行星考古揭示水星的磁史

地球和月球是科學(xué)家對(duì)行星體磁極變化的唯一案例研究，因?yàn)闆](méi)有來(lái)自其他行星的巖石樣本。如果想從過(guò)去找到線索，做一種磁場(chǎng)的考古，那么巖石需要被更熱的磁化。研究了水星現(xiàn)在的磁場(chǎng)，但如果沒(méi)有低空觀測(cè)，就沒(méi)有辦法研究地殼磁場(chǎng)。在2015年，信使號(hào)宇宙飛船開(kāi)始下降到水星表面，它在下降過(guò)程中收集了三個(gè)月關(guān)于水星的低空信息。其中一些信息揭示了水星地殼磁化的細(xì)節(jié)。這項(xiàng)新研究檢查了這些不同的地殼區(qū)域，以推斷水星古老的核心磁結(jié)構(gòu)。

有幾種行星的演化模型，但沒(méi)有人利用地殼磁場(chǎng)來(lái)獲得行星的演化。信使號(hào)下降路徑上的低空數(shù)據(jù)探測(cè)到了古老隕石坑，這些隕石坑磁性特征與信使號(hào)觀察到的大部分地區(qū)不同。研究人員認(rèn)為，這些隕石坑大約形成于41億到38億年前，可能掌握著有關(guān)水星磁場(chǎng)古極點(diǎn)的線索。隕石坑更有可能有更熱的磁化巖石，在它們形成的過(guò)程中，撞擊產(chǎn)生的能量導(dǎo)致地面熔化，使磁性材料有機(jī)會(huì)與行星當(dāng)前的磁場(chǎng)重新調(diào)整。當(dāng)這種材料凝固時(shí)，它就像時(shí)間的快照一樣保持著行星磁場(chǎng)的方向和位置。

研究人員使用了來(lái)自五個(gè)具有磁性不規(guī)則隕石坑的航天器觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這些隕石坑是在一個(gè)與今天磁場(chǎng)方向不同的時(shí)期形成。根據(jù)隕石坑數(shù)據(jù)模擬了水星的古磁場(chǎng)，以估計(jì)水星古磁場(chǎng)古極點(diǎn)的潛在位置。信使號(hào)在任務(wù)的最后期間經(jīng)過(guò)和記錄的區(qū)域有限，因此科學(xué)家只能使用來(lái)自北半球部分地區(qū)的飛行測(cè)量。研究人員發(fā)現(xiàn)，水星古老的磁極距離目前的地理南極很遠(yuǎn)，而且可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，這是出乎意料的。

研究人員預(yù)計(jì)兩極會(huì)聚集在離水星自轉(zhuǎn)軸更近的兩個(gè)點(diǎn)上，分別位于行星的地理南北兩個(gè)位置。然而，極點(diǎn)是隨機(jī)分布的，并且都是在南半球發(fā)現(xiàn)。磁場(chǎng)古極點(diǎn)與水星目前的磁北極或地理南極并不一致，這表明水星的偶極磁場(chǎng)已經(jīng)移動(dòng)。這些結(jié)果強(qiáng)化了水星磁演化非常不同于地球甚至太陽(yáng)系中其他行星的理論。同時(shí)，水星可能已經(jīng)沿著軸線移動(dòng)了，這一事件被稱(chēng)為真正的極地漂移，北極和南極的地理位置發(fā)生了變化。

博科園｜研究/來(lái)自：美國(guó)地球物理聯(lián)盟

參考期刊《地球物理研究期刊》

DOI: 10.1029/2019JE005938

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