太阳系的秘密:已经持续了345年的风暴

2021年04月30日12:22:00

原始陨石磁场揭示45亿年前太阳系诞生秘密

'太阳系的秘密:已经持续了345年的风暴


磁力线(图中绿色)穿过新生太阳周围的气体云,陨石球粒记录下了当时的磁场变化。

  据每日科学报道,世界顶尖实验室的最新测量工作表明,记录在原始陨石之中的磁场数据可以提供十分重要的线索,帮助我们了解太阳系的早期演化过程。测量研究指出穿越新生太阳周围的气体云的冲击波是太阳系形成的重要因素。


  研究结果在11月13号发表于《科学》杂志,论文的主要作者是来自美国麻省理工学院的研究生罗杰傅(Roger Fu),他在本杰明韦斯(Benjamin Weiss)的领导下进行工作。来自美国亚利桑那州立大学地球与空间探索学院(School of Earth and Space Exploration)的史蒂夫德施(Steve Desch)是该论文的合著者之一。


  德施说:傅和韦斯的测量结果令人惊人且史无前例。他们不仅测量到了极其微弱的磁场,比罗盘所能感应到的磁场微弱成千上万倍;他们还能绘制出陨石记录下的磁场变化,精细到每一毫米。


  建造碎片


  从陨石磁场变化来确定发生在45亿年前的太阳系形成,看起来似乎不太可能。但是,太阳系的形成是一个十分混乱的过程,其这之中留下许多可供科学家深入研究的建造碎片(construction debris)。


  其中最有帮助的碎片就是最古老、最原始、最未受蚀变的陨石,称之为球粒状陨石(chondrites)。球粒状陨石是小行星由于碰撞而产生的碎片,它们形成于太阳系诞生之时,保持着相对稳定的性质。它们大多都非常小,又称为陨石球粒(chondrules),其直径仅为一毫米。陨石球粒是在通过太阳星云(the solar nebula)的过程中快速融化而成。


  微小磁铁


  当陨石球粒冷却之后,其中含铁矿物就已经被磁化,就像是将气体中的磁场写入硬盘的比特数据一样。磁场借助于陨石球粒而保存至今。在这项研究中的陨石球粒来源于一个名为Semarkona的陨石,1940年坠落至印度,重量为691克。


  科学家们所关注的是其中含铁矿物捕获的磁场,磁场强度约为54微特斯拉(micro-tesla)。和地球表面磁场强度相似,其范围为25-65微特斯拉。巧合的是,之前测量的许多陨石也有着相近的磁场强度。但是目前的理解是,这些测量受到了地球磁场的影响,甚至受到了陨石收集者手部磁铁的影响。


  德施说:在最新的实验中,在陨石球粒中探测到了之前从未探测到的磁性物质。从中可以看出,每一个陨石球粒都像是一根条形磁铁一样被磁化,但是其北极却指向随机方向。他说这说明在它们进入陨石之前就已经被磁化了,并不是在地球表面才被磁化。


  冲击波


  德施解释说:我对此的模型表明,冲击波经过太阳星云,使得大部分陨石球粒都受热融化。根据冲击波的强度和大小来看,背景磁场可能最多被放大至30倍。他说:由于测量到的磁场强度约为54微特斯拉,这表明在太阳星云中的背景磁场强度范围可能是5-50微特斯拉。


  除此之外,还有其他关于陨石球粒如何形成的想法,例如关于太阳星云的磁耀斑(magnetic flares),以及在穿越太阳磁场过程中形成,等等。但是这些机制所要求陨石球粒中的磁场强度都比Semarkona样品中的磁场强度高出许多。


  从此来看,这支持了这种观点:冲击波在太阳星云中形成了陨石球粒,其位置在如今的小行星带上,距太阳的轨道距离约为地球的二至四倍。德施说:这是第一次真正准确可靠地对地球形成时期的磁场进行测量。

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10. 最热的行星不是离太阳最近的行星  

大家都知道水星离太阳最近,比日地距离的一半还近。因此,人们误以为水星温度最高也就情有可原了。我们知道,金星是离太阳最近的第二颗行星,比水星要远将近5千万千米。因此可以想像,离太阳越远,温度就会越低。但想像常常是危险的。从实际情况看,水星没有大气,从而就缺少能够储存太阳热量的棉被。而金星呢,被一层厚厚的大气包裹着,这层大气厚度达到地球大气的100倍。如此厚的大气能够阻止来自太阳的热量返回太空,从而提升金星全球的温度。除此之外,金星大气几乎全都是二氧化碳,它具有很强的温室效应。二氧化碳会吸收所有的太阳光,但几乎不怎么放出波长较长的热辐射。这样,金星的温度就上升到超乎想像的高度,成为太阳系中温度最高的行星。事实上,金星的平均温度大约有470摄氏度,足以熔化锡和铅。而离太阳最近的水星,最高温度大约为425摄氏度。此外,水星由于缺少大气,其温度变化范围达到了几百摄氏度,而金星由于拥有一层厚厚的二氧化碳做棉被,无论是什么时间,无论是什么地点,温度都差别不大,十分稳定。


9. 冥王星比中国要小  


中国南北跨度约有5200千米,而根据目前最好的估计,冥王星只有2300千米左右,比中国南北跨度的一半还小。显然,它也比其它行星小得多,这样看来,它被降级也就容易理解得多了。现在,冥王星被称为矮行星(译者注:英文dwarf planet,体积很小的行星,但又明显大于小行星)。


8. 乔治卢卡斯根本不懂小行星带


(译者注:George Lucas,乔治卢卡斯,电影《星球大战》导演)  在许多科幻电影中,宇宙飞船常常处于小行星地带的危险之中。但事实上,我们目前所知道的小行星带只有一个,它处于火星与木星之间,并且尽管小行星有好几十万颗,但它们分布于十分巨大的广阔空间中,要想和某个小行星相撞是很困难的。相反,宇宙飞船应该小心而又谨慎地接近小行星,这样才能有机会对小行星拍照。


7. 用水做岩浆,你就能造出火山