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文章作者:管理一号 | 2019-06-06
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来历:科技日报

90后在少小都有过一块归于本身的磁铁。有磁铁的本地就有磁场,它能披收回一股看不见的独特力量。

日前,美国国度航空航天局(NASA)研究团队在《天然·地理》在线发布的一项最新发明显现,木星磁场会随着时辰推移而赓续改变。这是迷信家初次确认无疑地勘察到地球以外天体外部磁场随时辰而改变的状况。

行星磁场是怎样构成的?地球和木星磁场的改变情势类似吗?研究木星磁场对我们懂得地球有何含义?

行星外部或有“发电机”

在太阳系内,除火星和金星外的六大年夜行星都有磁场存在。

行星的磁场普通有三种,内禀磁场(行星外部自发产生、保持和改变的磁场)、感应磁场和剩下磁场。“感应磁场普通是指经过外界磁场或电流的改变而内行星外部导电区域中感应产生的磁场。剩下磁场是由岩石或其它物质在冷却过程当中保存上去的磁场,在高温条件下可以或许长时间存在。”中科院上海地理台研究员孔大年夜力接收科技日报记者采访时说。

内禀磁场又是怎样构成的呢?最早的讲解是“永磁铁学说”,人们认为,地球外部有巨大年夜的磁石存在。“可是,地球外部温度超出6000℃,而矿藏的居里温度普通为几百摄氏度。由于磁石被加热到超出其居里温度时,磁性就会消掉。所以,很明显地球外部不存在如许的磁铁。”中科院地质与地球物理研究所副研究员戎昭金告诉科技日报记者。

“100多年前爱因斯坦就提出行星磁场的构成是个困难,至今依然没有处理。”北京大年夜学地球与空间迷信学院传授宗秋刚接收科技日报记者采访时注解,在各类假说中,学界公认的是“磁流体发电机”实际。

“根据发电机学说,地球内核是液体的。这些液体温度很高,可以或许融化的确一切物质。其间的带电物质在活动时产生电流,然后产生磁场。电流越大年夜,产生的磁场就越强。”宗秋刚讲解道。

地球磁场正在衰减

孔大年夜力告诉记者,行星发电机可以或许运作有须要满足三个条件:一是行星外部有导电流体,二是行星外部有满足的热能或化学能以保持激烈的对流活动,三是行星要有较快速的改变。

“所以,有的行星有磁场,有的行星没磁场。比方地球和水星有熔融铁镍金属的外核,对流激烈,又有自转,所以有磁场。木星、土星、天王星、海王星有导电的金属氢层,对流激烈,自转快速,所以也有很强磁场。而火星外部或许大年夜部分物质现已冷却凝集了,金星自转太慢,或许是它们没有磁场的缘由。”孔大年夜力说。

普通来讲,体积越大年夜、自转越快的行星内禀磁场就越强。“由于体积越大年夜内核就越深,带电的液体接收的压力和温度随之加大年夜,可以或许融化更多物质,磁场也更强。”宗秋刚注解。

对行星情况来讲,磁场的后果非同平常。“磁场可以或许防止太阳风直接打到行星表面,磁场能‘锁住’大年夜气和水分。”宗秋刚说,经过研究磁场还能揣度行星演变的前史。这是由于磁场四周有磁感线,带电的岩浆喷出时会向着磁场的偏向摆放,当岩浆冷却、凝集就会将当时的磁场位形保存上去。

地球假设没有磁场,人类就会显现于激烈的辐射中,没法生计。“近100年来,地球的磁场正在逐步减弱。将来某一天,地球的磁场能否也会消掉,变得像火星雷同?”戎昭金说,带着各种困惑,迷信家们妄图从其他行星着手寻求答案。

木星磁场改变受多重干扰

NASA迷信家将此前的木星不雅测任务 “先驱者10”号、“先驱者11”号、“观光者1”号和“尤利西斯”号所取得的数据,与有关木星磁场的新模型“JRM09”停止比较。他们发明,从“先驱者”航天器供给的第一批木星磁场数据到“朱诺”号供给的最新数据浮现,木星磁场确切在产生改变。“朱诺”号迷信家吉米·摩尔说:“长达40年的近间隔不雅测为我们供给了满足的数据。”

是甚么促进木星磁场产生改变呢?研究团队经过核算发明,大年夜气环流的后果能很好地讲解木星磁场改变。“木星表面有条带状活动的大年夜气风,这些大年夜气风本来是中性的。当接近行星外部时,由于温度和压强降低,中性的大年夜气风渐渐被电离,然后带电。带电大年夜气风与磁场会产生相对活动,并在此过程当中产生附加感应电流和磁场。这些附加的电流和磁场就会对本来的磁场产生影响。”戎昭金说,吉米·摩尔经过核算大年夜气风的活动速度与磁场的后果便可以或许得出木星磁场的改变大小,并发明核算成果与卫星的不雅测分析根本符合。

不过,让戎昭金心存疑虑的是:纯真用大年夜气环流讲解木星磁场的改变能否是唯一答复?“磁场的产生是一种积分效应,是一切电流源一路构成的成果。”戎昭金直言,研究木星磁场改变的要素不克不及不推敲磁层电流和磁层顶电流等外部电流的干扰,和外部磁场发电机电流的改变。

据简介,大年夜气环流、磁流体发电机和其他要素都邑对木星磁场产生影响。“由于我们对木星前期不雅测较少,加上木星不雅测难度大年夜,是以根据现有的数据和模型,想要真实严格差别毕竟是哪一种要素招致木星磁场产生改变,真的很难做到。”戎昭金说。

或能提示地球将来

此次发明的一个很大年夜含义在于,木星的大年夜红斑或许会由于磁场改变受影响。“不雅测发明,大年夜红斑正在减少。假设按照磁场如今的改变,木星的大年夜红斑有或许会消掉。”宗秋刚说。

不过,该发明实际上早已在迷信家的预感当中。“经过磁场的长时间改变研究磁流体动力学性质是研究行星发电机的重要手段。这类研究办法在地球上已被广泛应用,在木星上的应用得益于数十年的深空勘察对木星磁场持续的丈量。”孔大年夜力说。

戎昭金也注解,随着欧洲航天局(ESA)的木星冰卫星勘察器(JUICE)筹划和更多木星勘察筹划的推动,木星磁场的奥妙面纱将一层一层被揭开。

懂得木星磁场可以或许协助我们知道木星外部构造。“由于我们没法深化木星外部去勘察,经过研究磁场可以或许在必定程度上确诊外部构造,这和经过重力场知道行星外部是一个事理。”戎昭金说。

孔大年夜力注解,地球和木星的磁场改变从物理本质上是合营的。但从磁流体动力学的视点,地球和木星外部热量、物质存在的状况和电导率分布都差别巨大年夜,所以发电机种别不雷同。其他,与木星比较,地球的大年夜气根本不具有导电性,所以大年夜气环流对地球磁场的影响没有那么强。

固然地球和木星的磁场存在差别,但研究木星磁场对懂得地球磁场大年夜有裨益。“由于地球在构成的前期阶段和木星类似,是气态行星。懂得木星磁场,有助于提示地球磁场的演变前史和趋势。”戎昭金告诉科技日报记者,“这就是比较行星学的价值地点。研究火星、金星、水星,毕竟意图还是懂得地球的演变和宜居情况的构成,然后认知生命的来源和人类将来的命运。”


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