磁性行星

矽酸鹽發電機可能在更多行星(包括更年輕的行星)中驅動磁場

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系外行星科學和天體生物學花費大量時間關注類地行星如何演化。部分原因是為了更好地理解如何解讀關於行星質量和測量半徑等非常基本量的資料。這也是為了解讀剛剛開始變得可行的關於大氣成分的測量結果。但也許更重要的是,我們想知道一個世界如何支援能夠反過來支援類似地球生命的生命的環境。

一個關鍵因素是行星能夠維持富含水的地表環境以及相關的水文迴圈的程度。但是,雖然製造具有大量水的類地行星可能並不困難或不尋常,但讓它們保持住這些水可能更困難。

一個關鍵因素與大氣流失有關。如果水分子在像地球這樣的行星的大氣層中被提升到足夠高的高度(例如),它們可能會被紫外線分解成氫和氧。氫氣很輕,最容易永遠流失到太空。因此,原始的水分子永遠無法重新形成,行星會逐漸乾涸。恆星活動,以紫外線、太陽風中的質子或日冕物質拋射的可怕 風暴前沿 的形式,可以將大氣流失(尤其是氫)提升到嚴重程度。


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正是因為這個原因,天文學家和系外行星科學家一直在努力更好地理解質量最小的恆星(M 矮星)的行為。這些恆星是我們星系中最多的,它們擁有行星,並且這些行星的名義宜居軌道範圍非常靠近這些低光度天體。但是 M 矮星在活動方面是出了名的脾氣暴躁。坦率地說,它們是討厭的小傢伙。因此,人們懷疑,對於類地行星來說,長期維持其水預算可能非常具有挑戰性

可能有所幫助的是強大的行星磁場的存在。它可能無法解決所有問題,但似乎可以透過 降低大氣流失率 來減輕來自恆星宿主的帶電粒子輻射的一些影響。

但是行星多久才能維持某種全球磁場所需的地球發電機(導電材料的內部迴圈)?答案是我們真的不知道。但是Stixrude、Scipioni 和 Desjarlais 最近在《自然》雜誌上發表的一項研究為一種可能在非常年輕的地球上執行的機制提供了支援,並擴充套件到其他年輕的類地行星,甚至可能更大的超級地球世界。

簡而言之,在地球上,有證據表明全球磁場可以追溯到大約 34 億年前。但在那之前,富含鐵、導電且仍然非常熱的地核物質如何產生地球發電機的必要對流迴圈模式尚不清楚。但現在看來,地核周圍的熔融矽酸鹽層可能具有足夠的導電性(比在更溫和的條件下導電 100 倍),並且經歷了冷卻和對流的必要動力學來產生磁場。

年輕地球基底岩漿海中的這種矽酸鹽發電機可以在最初的十億年左右“填補空白”,直到鐵外核能夠接管。從而幫助行星保持其大氣層和水。

以此類推,類似的矽酸鹽發電機可能存在於其他年輕的類地行星中,包括那些遭受圍繞 M 矮星執行的屈辱的行星。此外,更大的超級地球世界可能擁有更大量的內部岩漿海洋,因此可能更擅長產生矽酸鹽發電機和磁場。

一個複雜之處在於,由於矽酸鹽發電機是在較淺的迴圈物質區域中產生的,因此其磁場形式可能不同。也許偶極子狀(南北)磁場不是最終結果。但地球的古地磁研究可能會揭示一些線索。無論如何,根據對其過去的假設,就排除行星成為在其他地方尋找生命跡象的探索目標而言,似乎為時過早。可能有一種以上的方法來建立磁遮蔽。

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