超级地球也有磁场？岩浆之海产生护盾

超级地球艺术概念图，座落于一颗个头和温度都不及太阳的恒星的适居区。这种大型行星能够产生岩浆海并存在很长时间，进而为生命撑起一把磁场保护伞

磁场是地球的防护盾，保护大气层和生命免遭猛烈的太阳风侵袭。银河系存在大量类地行星，它们又是怎样的情况？是否也存在这样的保护伞。为了解答这个疑问，科学家进行了一项新分析，将目光投向所谓的超级地球，即个头达到地球 5 倍的系外行星。研究发现超级地球可能拥有磁场，但磁场的产生方式与地球截然不同——并非来自于液态铁外核，而是由岩浆海产生。

超级地球也有磁场

新研究指出缓慢搅动的地表或者地下熔岩能够产生一个强大的磁场。地球早期可能也是这种情况，当时的地球基本上就是一个熔岩球，拥有一个岩浆产生的磁场。后来，地球的液态铁外核又产生一个磁场。

超级地球产生的热量能够让岩浆海在长达 10 亿年时间里保持活跃状态，进而产生和维持一个磁场

加州大学伯克利分校地球与行星学教授伯克哈德·米利特泽表示：“这是行星磁场形成的一个新机制。地球的磁场由液态外核产生，木星磁场由液态金属氢对流产生。海王星和天王星的磁场据信在冰层产生。我们现在知道岩浆海也能产生磁场。”

行星内部构造与磁场之间的关系为天文学家打开了一扇窗，有助于他们了解遥远系外行星的构成和年龄。米利特泽说：“如果有人观测到一颗存在磁场的系外行星，可能意味着它存在一个岩浆海，即使他们无法直接看到。”

地球磁场能够让带电粒子发生偏移，进而保护我们免遭太阳风侵袭

这一研究发现对搜寻外星生命同样具有启发意义。随着岩浆海从顶部开始冷却，即使熔化的地幔仍在搅动，地表也可能出现适于生命居住的环境。前加州大学伯克利分校博士后研究员、法国里昂高等师范学院的弗朗西斯·苏比兰表示：“磁场能够保护行星大气层免遭恒星风剥离。在我们当前观测的超级地球中，绝大多数距母星很近，暴露在非常猛烈的恒星风中。磁场的存在是行星演化和适居性的一个关键要素。”

9 月 24 日，《自然 - 通讯》杂志刊登了苏比兰和米利特泽的研究论文。

地磁场艺术概念图

地球内部动态

地球的磁场在熔铁外核内产生。在地球的外核，导电液态铁起起伏伏，再加上地球的自转，最后形成了一个发电机和一个持久稳固的磁场。 45 亿年前诞生后，地球的某些层可能保持熔化和对流状态，就像沸水一样，但速度较慢。这种状态持续了数百万年之久。缓慢对流的岩浆海能否产生一个与铁核内磁场类似的磁场？

在其它恒星周围发现超级地球后，科学家提出同样的疑问。超级地球体积巨大，地幔应该能在形成后几十亿年时间里保持液态和对流状态。研究指出在一颗不停旋转的行星，缓慢沸腾的岩浆海能够产生一个强大的磁场。

超级地球葛利斯 581c 与地球对比图

没人能够确定

地球的多岩核由数千种基于硅的矿物质（硅酸盐）构成。超级地球内部是高温高压环境，科学家很难确定硅酸盐处于何种状态。行星内部的温度可达到 1 万摄氏度，压力是大气压的 1000 万倍；超级地球的内部环境更是超乎想象。因此，科学家很难确定超级地球内部岩石究竟是保持固态还是变成液体。

苏比兰表示：“在标准温度和压力环境下，硅酸盐完全绝缘，电子要么被原子核紧紧束缚，要么被分子健锁住，无法自由移动和形成宏观电流。即使内部高压能够减少阻碍电子移动的屏障，超级地球内的硅酸盐也未必具有导电性。”

超级地球 55 Cancri e 与地球对比图

苏比兰和米利特泽利用原子尺度的矿物质电脑模型，计算石英、氧化镁和后钙钛矿的导电性。所有这些矿物质都普遍存在于地球的岩石，太阳系的所有卫星和行星可能也是这种情况。经过大量计算，他们发现当在高温高压环境下从固态变成液态，这些硅酸盐带有一定的导电性。在将导电性加入地球内部模型后，他们发现岩石的导电性足以维持一个发电机和一个磁场。

苏比兰表示：“我们的计算结果表明液态岩石的紊乱结构有助于电子具有导电性。”在 1 万摄氏度和 1000 万倍大气压环境下，液态硅酸盐的导电性只有液态铁的百分之一左右。

开普勒望远镜，服役期间发现大量系外行星

苏比兰指出自传周期 2 天以上的行星会产生一个类地磁场，存在明显的北极和南极。转速较慢的行星会产生一个更紊乱的磁场，很难远距离探测到。加州大学伯克利分校地球内部动态专家布鲁斯·布菲特表示，只有导电性和液体速度达到一种平衡状态，行星才能形成和维持一个磁场。布菲特并没有参与这项研究。

布菲特是地球与行星学教授。他说：“很多地球学家认为至少在地球的环境下，液态硅酸盐的导电性能够形成磁场。这是科学家首次对系外行星内部的高温高压环境进行详细计算，所发现的导电性高于预计。也就是说，液体流动所处的环境要比预计的更为极端。”

作者 | 罗伯特·桑德斯

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