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上過(guò)學(xué)的人都知道地球擁有一個(gè)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)能夠幫助我們導(dǎo)航，同時(shí)還能保護(hù)大氣層和生命免遭猛烈的太陽(yáng)風(fēng)侵襲。銀河系的類地行星又是什么情況？是否也存在保護(hù)生命的磁場(chǎng)？科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)新分析，將目光投向所謂的超級(jí)地球。研究表明超級(jí)地球可能存在磁場(chǎng)，但形成方式與地球完全不同。

磁場(chǎng)是地球的防護(hù)盾，保護(hù)大氣層和生命免遭猛烈的太陽(yáng)風(fēng)侵襲。銀河系存在大量類地行星，它們又是怎樣的情況？是否也存在這樣的保護(hù)傘。為了解答這個(gè)疑問(wèn)，科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)新分析，將目光投向所謂的超級(jí)地球，即個(gè)頭達(dá)到地球5倍的系外行星。研究發(fā)現(xiàn)超級(jí)地球可能擁有磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)的產(chǎn)生方式與地球截然不同——并非來(lái)自于液態(tài)鐵外核，而是由巖漿海產(chǎn)生。

超級(jí)地球也有磁場(chǎng)

新研究指出緩慢攪動(dòng)的地表或者地下熔巖能夠產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)。地球早期可能也是這種情況，當(dāng)時(shí)的地球基本上就是一個(gè)熔巖球，擁有一個(gè)巖漿產(chǎn)生的磁場(chǎng)。后來(lái)，地球的液態(tài)鐵外核又產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。

加州大學(xué)伯克利分校地球與行星學(xué)教授伯克哈德·米利特澤表示：“這是行星磁場(chǎng)形成的一個(gè)新機(jī)制。地球的磁場(chǎng)由液態(tài)外核產(chǎn)生，木星磁場(chǎng)由液態(tài)金屬氫對(duì)流產(chǎn)生。海王星和天王星的磁場(chǎng)據(jù)信在冰層產(chǎn)生。我們現(xiàn)在知道巖漿海也能產(chǎn)生磁場(chǎng)?！?/p>

行星內(nèi)部構(gòu)造與磁場(chǎng)之間的關(guān)系為天文學(xué)家打開了一扇窗，有助于他們了解遙遠(yuǎn)系外行星的構(gòu)成和年齡。米利特澤說(shuō)：“如果有人觀測(cè)到一顆存在磁場(chǎng)的系外行星，可能意味著它存在一個(gè)巖漿海，即使他們無(wú)法直接看到。”

這一研究發(fā)現(xiàn)對(duì)搜尋外星生命同樣具有啟發(fā)意義。隨著巖漿海從頂部開始冷卻，即使熔化的地幔仍在攪動(dòng)，地表也可能出現(xiàn)適于生命居住的環(huán)境。前加州大學(xué)伯克利分校博士后研究員、法國(guó)里昂高等師范學(xué)院的弗朗西斯·蘇比蘭表示：“磁場(chǎng)能夠保護(hù)行星大氣層免遭恒星風(fēng)剝離。在我們當(dāng)前觀測(cè)的超級(jí)地球中，絕大多數(shù)距母星很近，暴露在非常猛烈的恒星風(fēng)中。磁場(chǎng)的存在是行星演化和適居性的一個(gè)關(guān)鍵要素。”9月24日，《自然-通訊》雜志刊登了蘇比蘭和米利特澤的研究論文。

地球內(nèi)部動(dòng)態(tài)

地球的磁場(chǎng)在熔鐵外核內(nèi)產(chǎn)生。在地球的外核，導(dǎo)電液態(tài)鐵起起伏伏，再加上地球的自轉(zhuǎn)，最后形成了一個(gè)發(fā)電機(jī)和一個(gè)持久穩(wěn)固的磁場(chǎng)。45億年前誕生后，地球的某些層可能保持熔化和對(duì)流狀態(tài)，就像沸水一樣，但速度較慢。這種狀態(tài)持續(xù)了數(shù)百萬(wàn)年之久。緩慢對(duì)流的巖漿海能否產(chǎn)生一個(gè)與鐵核內(nèi)磁場(chǎng)類似的磁場(chǎng)？

在其它恒星周圍發(fā)現(xiàn)超級(jí)地球后，科學(xué)家提出同樣的疑問(wèn)。超級(jí)地球體積巨大，地幔應(yīng)該能在形成后幾十億年時(shí)間里保持液態(tài)和對(duì)流狀態(tài)。研究指出在一顆不停旋轉(zhuǎn)的行星，緩慢沸騰的巖漿海能夠產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)。

沒(méi)人能夠確定

地球的多巖核由數(shù)千種基于硅的礦物質(zhì)（硅酸鹽）構(gòu)成。超級(jí)地球內(nèi)部是高溫高壓環(huán)境，科學(xué)家很難確定硅酸鹽處于何種狀態(tài)。行星內(nèi)部的溫度可達(dá)到1萬(wàn)攝氏度，壓力是大氣壓的1000萬(wàn)倍；超級(jí)地球的內(nèi)部環(huán)境更是超乎想象。因此，科學(xué)家很難確定超級(jí)地球內(nèi)部巖石究竟是保持固態(tài)還是變成液體。

蘇比蘭表示：“在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力環(huán)境下，硅酸鹽完全絕緣，電子要么被原子核緊緊束縛，要么被分子健鎖住，無(wú)法自由移動(dòng)和形成宏觀電流。即使內(nèi)部高壓能夠減少阻礙電子移動(dòng)的屏障，超級(jí)地球內(nèi)的硅酸鹽也未必具有導(dǎo)電性?！?/p>

蘇比蘭和米利特澤利用原子尺度的礦物質(zhì)電腦模型，計(jì)算石英、氧化鎂和后鈣鈦礦的導(dǎo)電性。所有這些礦物質(zhì)都普遍存在于地球的巖石，太陽(yáng)系的所有衛(wèi)星和行星可能也是這種情況。經(jīng)過(guò)大量計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)在高溫高壓環(huán)境下從固態(tài)變成液態(tài)，這些硅酸鹽帶有一定的導(dǎo)電性。在將導(dǎo)電性加入地球內(nèi)部模型后，他們發(fā)現(xiàn)巖石的導(dǎo)電性足以維持一個(gè)發(fā)電機(jī)和一個(gè)磁場(chǎng)。

蘇比蘭表示：“我們的計(jì)算結(jié)果表明液態(tài)巖石的紊亂結(jié)構(gòu)有助于電子具有導(dǎo)電性?！痹?萬(wàn)攝氏度和1000萬(wàn)倍大氣壓環(huán)境下，液態(tài)硅酸鹽的導(dǎo)電性只有液態(tài)鐵的百分之一左右。

蘇比蘭指出自傳周期2天以上的行星會(huì)產(chǎn)生一個(gè)類地磁場(chǎng)，存在明顯的北極和南極。轉(zhuǎn)速較慢的行星會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更紊亂的磁場(chǎng)，很難遠(yuǎn)距離探測(cè)到。加州大學(xué)伯克利分校地球內(nèi)部動(dòng)態(tài)專家布魯斯·布菲特表示，只有導(dǎo)電性和液體速度達(dá)到一種平衡狀態(tài)，行星才能形成和維持一個(gè)磁場(chǎng)。布菲特并沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。

布菲特是地球與行星學(xué)教授。他說(shuō)：“很多地球?qū)W家認(rèn)為至少在地球的環(huán)境下，液態(tài)硅酸鹽的導(dǎo)電性能夠形成磁場(chǎng)。這是科學(xué)家首次對(duì)系外行星內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，所發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電性高于預(yù)計(jì)。也就是說(shuō)，液體流動(dòng)所處的環(huán)境要比預(yù)計(jì)的更為極端?！?/p>

博科園-科學(xué)科普｜文：羅伯特·桑德斯/漫步宇宙/qqtaikong

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