火星的不对称磁场之谜：熔融的核心形成了单面屏蔽

火星磁场之谜可能最终会得到解答——科学家们现在认为这颗红色星球的古老磁场仅存在于其南半球。一项新研究表明，这种奇异的不平衡可能是由于核心熔融和内部加热不均匀，从而产生了强大且不平衡的磁场。这颠覆了之前关于火星类似地球的假设，将火星描绘成一个由内部深处塑造的世界。

基于德克萨斯大学地球物理研究所领导的一项研究的数据，对早期火星单侧磁场进行了计算机模拟。这项研究或许可以解释如今在火星上发现的异常磁印。图片来源：Ankit Barik/约翰·霍普金斯大学

火星和地球一样，曾经拥有强大的磁场，保护其厚厚的大气层免受太阳风的侵袭。如今，磁场已经消失，但其痕迹仍残留在火星地壳中。多年来，困扰科学家们的问题是，为何这些磁场残留物大多出现在南半球。

现在，德克萨斯大学地球物理研究所（UTIG）的研究人员或许找到了答案。他们的新研究表明，火星磁场可能仅存在于火星的南半部。

德克萨斯大学地球科学研究所和杰克逊分校地球科学学院的研究员、该研究的主要作者 Chi Yan 表示，这种不均匀的、或者说半球形的磁场与如今地壳的磁场模式相似。这也意味着，与地球的全球磁场不同，火星古代的磁场可能是不平衡的。

据Yan介绍，一种解释是火星当时有一个完全液态的核心。

“这里的逻辑是，由于没有固体内核，更容易产生半球形（单侧）磁场，”Yan说。“这可能对火星古老的发电机以及它能够维持大气层多久产生影响。”

美国宇航局“洞察号”探测器示意图。着陆器的仪器发现火星可能拥有完全熔融的内核。根据德克萨斯大学地球物理研究所的研究，这或许可以解释火星单侧磁场的现象。图片来源：NASA/JPL-Caltech

在发表于《地球物理研究快报》上的研究中，研究人员使用计算机模拟来模拟这种情况。

到目前为止，大多数对早期火星的研究都依赖于磁场模型，该模型认为这颗红色星球拥有类似地球的内核，其内核坚固且被熔融的铁包围。

美国宇航局的“洞察号”着陆器发现火星核心的构成元素比预期更轻，这启发了研究人员尝试模拟完全液态的核心。该研究的共同作者、约翰·霍普金斯大学的彭博杰出教授萨宾·斯坦利表示，这意味着火星核心的熔化温度与地球不同，因此很可能处于熔融状态。

斯坦利说，如果火星的核心现在是熔融的，那么几乎可以肯定，40 亿年前火星磁场活跃时，它就已经是熔融的了。

为了验证这一想法，研究人员准备了早期火星液态核心的模拟模型，并在超级计算机上运行了十几次。每次运行后，研究人员都会将火星地幔的北半部分温度设定得比南半部分略高。

最终，北半球较热的地幔与南半球较冷的地幔之间的温差，导致从地核逸出的热量只在行星的南端释放。通过这种方式，逸出的热量足以驱动一台发电机，产生一个集中在南半球的强磁场。

行星发电机是一种自持机制，通常通过熔融金属核心的运动产生磁场。

斯坦利说：“我们不知道它是否能解释磁场，所以看到我们可以创建一个（单一）半球磁场，其内部结构与洞察号告诉我们的火星内部结构相匹配，我们感到很兴奋。”

据德克萨斯大学伊格纳西学院行星研究员道格·海明威 (Doug Hemingway) 称，这一发现为一种常见的假设提供了一个令人信服的替代理论，即小行星撞击会消除北半球岩石中行星磁场的证据。

“火星本身就很有趣，因为它在某些方面与地球相似，而且它是我们能想象到的距离地球最近的行星，可以真正地建立家园，”海明威说道，他并未参与这项研究。“但是，火星的南北半球存在着巨大的差异，北半球和南半球的地形、地势和磁场都截然不同。任何能够解释这种不对称现象的线索都弥足珍贵。”

编译自/scitechdaily