小行星颗粒揭示了外太阳系的起源

小行星颗粒揭示了外太阳系的起源

一个微弱的磁场可能会将物质向内拉，形成从木星到海王星的外部行星体

日期:

2024年11月6日

麻省理工学院

总结:

来自小行星Ryugu的微小颗粒揭示了46亿年前塑造太阳系的磁力的线索。这些发现表明，太阳系的远端隐藏着一个微弱的磁场，这可能在形成巨大的行星和其他物体中发挥了作用。

完整的故事

来自一颗遥远小行星的微小颗粒揭示了磁力的线索，磁力在46亿年前塑造了太阳系的遥远区域。

麻省理工学院和其他地方的科学家分析了小行星Ryugu的粒子，这些粒子是由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的Hayabusa2任务收集的，并于2020年带回地球。科学家认为，Ryugu形成于早期太阳系的外围，然后向小行星带迁移，最终进入地球和火星之间的轨道。

该小组分析了Ryugu的粒子，以寻找小行星最初形成时可能存在的任何古代磁场的迹象。他们的结果表明，如果有磁场，它会非常弱。这样的磁场最多约为15微特斯拉。(今天地球自身的磁场约为50微特斯拉。)

即便如此，科学家们估计，如此低的场强足以将原始气体和尘埃聚集在一起，形成太阳系外的小行星，并可能在从木星到海王星的巨型行星形成中发挥作用。

该小组的结果发表在今天的杂志上AGU前进，首次表明太阳系的远端很可能存在一个弱磁场。科学家们已经知道磁场塑造了内太阳系，地球和类地行星就是在那里形成的。但是直到现在还不清楚这种磁力影响是否延伸到了更偏远的地区。

麻省理工学院地球和行星科学罗伯特·r·施洛克教授、该研究的作者本杰明·韦斯说:“我们正在证明，无论我们现在看哪里，都有某种磁场负责将质量带到太阳和行星形成的地方。”"现在这适用于太阳系外的行星."

这项研究的主要作者是Elias Mansbach博士，他现在是剑桥大学的博士后。麻省理工学院的合著者包括Eduardo Lima、Saverio Cambioni和Jodie Ream，以及加州理工学院的Michael Sowell和Joseph Kirschvink、哈佛大学的Roger Fu、清华大学的薛、高知高级海洋核心研究所的Chisato Anai和Atsuko Kobayashi以及东京工业大学的Hironori Hidaka。

远处的田野

大约46亿年前，太阳系由星际气体和尘埃的致密云形成，坍缩成一个旋转的物质盘。这些物质的大部分被吸引到圆盘的中心，形成了太阳。剩余的碎片形成了一个由旋转的电离气体组成的太阳星云。科学家怀疑新形成的太阳和电离盘之间的相互作用产生了穿过星云的磁场，有助于驱动吸积并将物质向内拉，从而形成行星、小行星和卫星。

“这个星云场在太阳系形成后大约300万到400万年消失了，我们对它在早期行星形成中如何发挥作用很感兴趣，”曼斯巴赫说。

科学家此前确定，整个内太阳系都存在磁场——从太阳到大约7个天文单位(AU)的区域，一直到木星今天的位置。(一个天文单位是太阳和地球之间的距离。)这个内部星云场的强度在50到200微特斯拉之间，它很可能影响了内部类地行星的形成。对早期磁场的这种估计是基于落在地球上的陨石，这些陨石被认为起源于内部星云。

“但这个磁场延伸了多远，以及它在更远的区域发挥了什么作用，仍然不确定，因为没有多少样本可以告诉我们关于外太阳系的信息，”曼斯巴赫说。

倒带

该团队有机会与Ryugu一起分析来自外太阳系的样本，Ryu gu是一颗被认为形成于早期外太阳系的小行星，超过7 AU，并最终被带入地球附近的轨道。2020年12月，JAXA的隼鸟2号任务将小行星的样本传回地球，让科学家们首次看到了早期太阳系远端的潜在遗迹。

研究人员获得了几粒返回的样本，每粒大约一毫米大小。他们将粒子放入磁力计中，磁力计是韦斯实验室中测量样本磁化强度和方向的仪器。然后，他们施加交变磁场，使每个样品逐渐退磁。

“就像录音机一样，我们正在慢慢倒回样本的磁记录，”曼斯巴赫解释道。"然后我们寻找一致的趋势，告诉我们它是否是在磁场中形成的."

他们确定这些样本没有保存磁场的明显迹象。这表明，要么在小行星最初形成的外太阳系中不存在星云场，要么该场非常弱，以至于小行星的颗粒中没有记录。如果是后者，研究小组估计这样的弱磁场强度不会超过15微特斯拉。

研究人员还重新检查了以前研究过的陨石数据。他们特别关注“未分组的碳质球粒陨石”——具有在太阳系远端形成的特性的陨石。科学家们估计这些样本年龄不足以在太阳星云消失之前形成。因此，样本所包含的任何磁场记录都不会反映星云磁场。但是曼斯巴赫和他的同事们决定更仔细地观察一下。

“我们重新分析了这些样本的年龄，发现它们比以前认为的更接近太阳系的起源，”曼斯巴赫说。“我们认为这些样本形成于这个远端的外部区域。这些样本中的一个实际上具有约5微特斯拉的正场检测，这与15微特斯拉的上限一致。”

这个更新的样本，结合新的Ryugu粒子，表明外太阳系在7 AU之外，拥有一个非常弱的磁场，但它足够强，足以从外围吸引物质，最终形成外行星体，从木星到海王星。

“当你离太阳越远，弱磁场就会走得越远，”韦斯指出。“据预测，它不需要那么强，这就是我们所看到的。”

该团队计划用来自另一颗遥远小行星贝努鸟的样本寻找更多远端星云场的证据，这些样本是由美国国家航空航天局的OSIRIS-REx航天器于2023年9月送到地球的。

“贝努鸟看起来很像龙古，我们急切地等待着这些样本的第一批结果，”曼斯巴赫说。

这项研究得到了美国国家航空航天局的部分支持。

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