水星为什么拥有巨大铁核：与太阳磁场密不可分

北京时间 7 月 7 日消息，为什么水星存在一个较大的铁核？目前，美国马里兰大学最新研究表明，与太阳磁场的接近程度，决定了行星的内部构成，这或许能揭晓水星铁核的存在谜团。

该研究反驳了关于水星有一个较大内核的普遍性假设，该内核大小是相对于地幔（行星核心与地壳之间的层）。几十年以来，科学家一直认为，在太阳系形成过程中，水星和其他天体的“肇事逃逸”碰撞吹散了水星大部分岩石地幔，最终留下内部巨大密集的金属核，但最新研究表明，碰撞并非罪魁祸首，而是太阳磁场。

最新研究表明，在太阳系内行星形成之后，太阳磁场逐渐将铁元素吸引到太阳系中心区域，这就解释了为什么距离太阳最近的水星比地球、火星等其他岩石行星的外层拥有体积更大、密度更大的铁核。

马里兰大学地质学教授威廉・麦克唐纳和日本东北大学 Takashi Yoshizaki 建立了一个模型，显示了岩石行星内核的密度、质量和铁含量受其与太阳磁场距离的影响，描述该模型的论文报告于 7 月 2 日发表在《地球与行星科学进展》杂志上。

麦克唐纳说：“太阳系最内侧的 4 颗行星 —— 水星、金星、地球和火星，是由不同比例的金属和岩石组成，随着行星距离太阳越来越远，其地核中的金属含量也会下降，这是一个梯度变化，通过展示太阳系早期形成阶段原始材料的分布受太阳磁场控制，我们的研究报告解释了该过程是如何发生的。”

之前麦克唐纳开发了一个地球成分模型，这是行星科学家用来确定系外行星成分的常用模型。他的最新模型显示，在太阳系早期形成过程中，年轻的太阳被灰尘气体涡流云环绕，铁颗粒被太阳磁场吸引到太阳系中心区域。当太阳系行星从灰尘气体涡流云中诞生时，距离太阳较近的行星核心吸收的铁元素，将比距离太阳较远的行星吸收的铁元素更多。

研究人员发现岩石行星内核中铁的密度和比例与行星形成过程中环绕太阳的磁场强度有关，他们的最新研究表明，在未来试图描述岩石行星（包括太阳系外行星）的构成时，应该考虑到磁场因素。

行星内核成分对于维持生命的可能性是非常重要的，例如：地球熔化的铁芯形成一个磁层，保护地球免遭致癌宇宙射线的伤害。地核包含着地球绝大多数的磷，磷是维持碳基生命的重要营养物质。

利用现有的行星形成模型，麦克唐纳确定了气体和尘埃在太阳系形成过程中被吸入太阳系中心的速度，他将太阳形成时产生的磁场考虑在内，并计算出磁场是如何吸引铁穿过尘埃和气体云。

当太阳系早期开始冷却，未被吸入太阳系中心的灰尘和气体开始聚集在一起，距离太阳更近的灰尘气体暴露在更强的磁场作用下，因此比距离太阳更遥远的灰尘气体含有更多的铁。当这些灰尘气体合并冷却成旋转行星时，引力将铁吸进它们的核心。

当麦克唐纳将该模型纳入行星形成的计算之中，揭示了金属含量和密度的梯度，这与科学家对太阳系行星的了解完全相符。水星的金属内核约占其质量的四分之三，地球和金星的内核只有其质量的三分之一左右，而火星的内核仅占其质量的四分之一左右。

磁性在行星形成过程中起到的作用这一最新认知，对于系外行星探索研究带来了麻烦，因为迄今科学家没有方法从地球角度观测研究恒星的磁性。科学家依据太阳辐射的光谱推断出一颗系外行星的成分，一颗恒星中不同元素会释放不同波长辐射，所以通过测量这些波长，我们就能知道该恒星及其周围行星的构成成分。

麦克唐纳说：“一颗恒星的组成是这样，所以它周围的行星一定也会是这样，依据太阳早期的磁性，太阳系内每颗行星都不同程度地含有铁。”

这项工作的下一步是让科学家找到另一个类似太阳系的行星系统 —— 由岩石行星组成、距离恒星较远的行星系统。如果这些系外行星的密度随着它们从太阳向外辐射而下降，就像我们的太阳系一样，那么研究人员就可以证实这个新理论，并推断恒星磁场影响了行星形成。

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