岩浆“隐形海洋”为类地系外行星构筑生命防护磁场

一项最新研究显示，在一些质量远超地球的岩质系外行星“超级地球”深处，可能隐藏着巨大的岩浆“海洋”，以一种出乎意料的方式生成强大的行星磁场，从而为潜在的外星生命提供关键防护。这项由美国罗切斯特大学主导的研究认为，这些隐秘的岩浆层有望像地球外核一样，充当行星级“发电机”，抵御来自恒星及宇宙空间的高能辐射与带电粒子。

在地球内部，液态铁外核的对流运动驱动所谓“磁流体发电机”（dynamo）过程，产生并维持地球磁场。然而，对体积更大、内部压力更高的岩质行星而言，它们的铁核可能已部分或完全固化，或处于不同寻常的物性状态，使得传统意义上的金属核发电机制难以稳定运转。这意味着，如果没有其它机制介入，许多超级地球将缺乏强磁场屏障，也就难以维持适宜生命长期生存的表面环境。

罗切斯特大学地球与环境科学系副教授中岛未来（Miki Nakajima）及其团队在发表于《自然·天文学》的论文中提出，行星深部一种被称为“基底岩浆海洋”（basal magma ocean，BMO）的高压熔融层，或许可以独立地维持行星磁场。这一岩浆海洋位于行星地幔底部，处在极端高压、高温环境中。研究显示，在这样的条件下，原本被视为绝缘体或弱导体的熔融岩石，其电导率会显著提高，足以支撑一个可以持续数十亿年的行星级磁场。

“强磁场对行星生命的存在至关重要。”中岛指出，但太阳系中大多数类地行星——例如火星和金星——要么已失去全球磁场，要么从未形成稳定的磁场，很大程度上是因为其核心缺乏足够的对流与能量条件。她表示，相比之下，许多超级地球由于质量更大、内部压力更高，不仅有机会在核心中维持金属态发电机，还可能在深部岩浆海洋中附加一套“岩浆发电机”，双重机制共同提高行星具备宜居性的几率。

根据当前系外行星观测结果，超级地球是银河系中最常见的一类行星：它们的体积通常是地球的数倍，但又小于海王星等冰巨行星，被普遍认为主要由岩石和金属构成，拥有相对“坚实”的表面，而非厚重的气体外壳。虽然这类行星并不存在于太阳系，但在许多恒星宜居带内都发现了超级地球的身影，它们的表面理论上可存在液态水，因而长期被视为寻找地外生命的重要目标。研究团队指出，要判断这些行星是否真正“适居”，磁场强度是与大气保持、辐射屏蔽能力同等重要的关键指标。

为在实验室中再现超级地球深处的极端环境，中岛团队在罗切斯特大学激光能源实验室开展了激光冲击实验，并辅以量子力学计算和行星演化数值模型。科研人员选择了富含镁和铁的氧化物（(Mg，Fe)O）等代表性地幔物质，通过强功率激光瞬间加压加热样品，使其承受与超级地球地幔深部相当的压力与温度，然后测量其在熔融状态下的电导率变化。实验结果表明，在数百万个大气压的极端压力下，熔融岩石可表现出足够高的电导率，与行星内部对流运动结合后，完全可以维持类似地球磁场强度甚至更强的磁场长达数十亿年。

模型推算显示，体积约为地球三到六倍的超级地球，最有可能长期保有这样的基底岩浆海洋，并由此产生强韧而持久的磁场。研究还指出，与地核发电机相比，岩浆发电机可能对合金组分变化不那么敏感，其存在时间更长，在行星冷却演化过程中能为大气和表面生命提供更稳定的防护。这为天文学家在评估某颗系外行星是否“适宜居住”时，提供了一个新的内部结构判据：即便行星铁核条件不理想，只要深部岩浆海洋足够厚、对流足够强，照样可能拥有保护大气与生命的磁场。

“这项工作对我来说既兴奋又充满挑战，因为我的研究背景主要是理论与计算，这是我第一次亲自参与高压实验。”中岛表示，她感谢来自多个研究方向的合作者共同完成了这项跨学科研究，并期待未来通过系外行星磁场观测来检验这一假说。随着天文学观测技术的进步，未来通过恒星掩食、射电辐射或恒星风相互作用信号推断超级地球磁场强度，将为验证“岩浆海洋磁场”机制提供关键证据。

论文《极端压力下（Mg，Fe）O 的电导率及其对行星岩浆海洋的启示》发表于2026年1月15日的《自然·天文学》，进一步补全了人类对行星内部结构如何塑造磁场与宜居性的认识图景。研究团队认为，随着更多关于系外行星内部与磁场的信息被获取，我们或许会发现：隐匿在行星深处的岩浆“暗海洋”，正悄然为宇宙中潜在的生命世界撑起一层无形却至关重要的保护伞。