2018-11-22 06:58:02
什么磁场可以告诉我们其他星球上的生命

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每个学校的孩子都知道地球有一个磁场 - 这就是让罗盘对齐南北并让我们在海洋中航行的原因。它还可以保护大气,从而保护生命免受太阳强风的影响。

但是银河系中其他类似地球的行星呢?他们是否也有磁场来保护新兴生命?

一项新的分析着眼于一种类型的系外行星 - 超级地球,其大小是我们自己星球的五倍 - 并得出结论认为它们可能确实具有磁场,但其中一种是以一种全新的方式产生的:由行星的岩浆海洋产生。

令人惊讶的发现是,在地表或表面下缓慢搅拌熔岩可以产生强烈的磁场,这也表明,在地球的早期,当它主要是一块融化的岩石时,它也有一个岩浆产生的磁场。这是现今的领域,它是在液态铁外核中产生的。

“这是产生行星磁场的新制度,”加州大学伯克利分校地球与行星科学教授伯克哈德·米利泽说。 “我们在地球上的磁场是在液态外部铁芯中产生的。在木星上,它来自液态金属氢的对流。在天王星和海王星上,它被认为是在冰层中产生的。现在我们已经添加了熔岩这个多样化的现场生成材料清单。“

行星内部与其磁场之间的联系也为天文学家提供了一种了解太远的外行星的构成和年龄的方法。

“这在将来还有很长的路要走,但是如果有人观察到一颗系外行星,他们发现了一块磁场,这可能表明有一块岩浆海洋,即使他们不能直接看到这一点,”Militzer说。

这些结论也对其他星球上的生命机会产生了影响。当岩浆海洋从顶部冷却时,熔化的地幔继续搅动时,可能会出现一个适合生命的表面。

“一个磁场有助于保护行星大气免受恒星风的吹走,”前加州大学伯克利分校博士后研究员弗朗索瓦·苏比兰说,他现在在法国里昂的高等师范学院学习。 “我们现在探测到的大多数超级地球都非常接近它们的恒星并暴露在非常强烈的恒星风中。因此,磁场存在的可能性绝对是地球演化及其可居住性的关键组成部分。 “

Soubiran和Militzer于9月24日在Nature Communications杂志上发表了他们的研究结果。

地球的内部发电机

今天地球的磁场是在熔铁外核中产生的,其中导电液态铁的上升和下沉质量与行星的自旋相结合,产生发电机和持久磁场。

但是,岩石地球在45亿年前最初形成之后就已经熔化了,有些层可能在它诞生之后的数百万年里仍然保持熔融和对流 - 就像沸水一样,只是更慢。缓慢对流的岩浆海洋是否会产生类似于今天在铁芯中产生的磁场的磁场?

在围绕其他恒星发现超级地球之后出现了同样的问题。超级地球是巨大的,它们的内部,地幔,应该在形成后保持液态和对流几十亿年。

在这两种情况下,旋转行星上缓慢沸腾的岩浆只有在液体岩石导电时才会产生强磁场。

没有人知道这是否属实。

硅酸盐的实验很困难,这个术语指的是构成地球岩石内部的数千种硅基矿物 - 在超高地内的高温和高压下。在典型的行星内部条件下,即使确定岩石是固体还是变成液体,也不是直截了当的:温度为10,000摄氏度,压力是我们周围空气的1000万倍。

“在标准温度和压力下,硅酸盐是完全绝缘的;电子要么与核紧密结合,要么它们处于分子键状,不能自由移动并产生宏观电流,”Soubiran说。 “即使高内压有助于减少电子移动的障碍,也不一定明显的硅酸盐会在超级地球中传导。”

但Soubiran和Militzer可以使用原子级的矿物计算机模型,这些模型可以计算出石英(二氧化硅),氧化镁(氧化镁)和硅镁氧化物(钙钛矿后)的电导率。 ,所有这些在地球,月球和我们太阳系的所有行星的岩石中都很常见。

在对三者中的每一个进行长时间的计算之后,他们发现当这些硅酸盐在高温和高压下从固态变为液态时,这些硅酸盐变得适度导电。当他们将电导率插入到地球内部的模型中时,他们发现岩石有足够的导电能力来支撑发电机,从而产生磁场。

“我们的计算表明,液体的无序结构有助于电子导电,”Soubiran说。例如,在10,000摄氏度和1000万大气压下的液体硅酸盐仅具有液态铁的导电率的约百分之一。

Soubiran指出,旋转两天或更长时间的行星将产生类似地球的磁场:具有清晰的北极和南极的偶极场。然而,较慢的轮换可能会产生一个更加混乱的领域,从远处难以发现。

布鲁斯巴菲特是加州大学伯克利分校的地球内部动力学专家,他没有参与这项研究,他说行星只有在电导率和流体速度达到适当平衡的情况下才会产生磁场,从而产生维持磁场所需的反馈。领域。

“许多地球物理学家的期望是,至少在地球条件下,液态硅酸盐的电导率会更多地落入类别中,如果你真的有非常大的流体运动来补偿低电导率,你可能会有磁场,“巴菲特说,”地球和行星科学教授。 “这是第一个针对更高温度和压力条件的详细计算,它发现电导率看起来更高一些,因此,使这一切工作所需的流体运动可能稍微不那么极端。”

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