在一颗比太阳更小、温度更低的恒星的宜居带中存在一个超级地球的概念。这样的大行星可能拥有持久的岩浆海洋，从而产生能够保护早期生命的磁场。这幅图是为开普勒-62f建立的模型，开普勒-62f是美国宇航局开普勒太空望远镜发现的众多系外行星之一，目前开普勒太空望远镜已经无法工作。(图片由NASA Ames/JPL-Caltech/Tim Pyle提供)
每个小学生都知道地球有磁场——正是磁场让罗盘南北对齐，让我们在海洋中航行。它也保护大气，因此生命，从太阳的强大的风。
但是银河系中其他类地行星呢?它们也有磁场来保护新出现的生命吗?
一项新的分析着眼于一种类型的系外行星——超级地球，其大小是我们地球的五倍——并得出结论，它们可能确实有磁场，但磁场是由行星的岩浆海洋以一种全新的方式产生的。
这一令人惊讶的发现表明，在地表或地表以下缓慢搅动融化的岩石可以产生强大的磁场，这也表明，在地球早期，当它主要是一块融化的岩石时，它也有一个由岩浆产生的磁场。这是加上它现在的磁场，它是在液铁外核中产生的。
“这是一种产生行星磁场的新方法，”加州大学伯克利分校地球与行星科学教授伯克哈德?“我们地球上的磁场是由液态的外铁芯产生的。在木星上，它产生于液态金属氢的对流。在天王星和海王星上，它被认为是在冰层中产生的。现在，我们已经将熔融岩石加入到这一系列不同的产场材料中。”
行星内部与其磁场之间的联系，也为天文学家提供了一种了解系外行星组成和年龄的方法，这些行星距离太远，无法观测。
“这是在遥远的未来，但如果有人对一颗系外行星进行观测，发现了磁场，这可能意味着存在岩浆海洋，即使他们不能直接看到，”米泽尔说。
这一结论也对其他行星上存在生命的可能性有暗示意义。随着岩浆海洋从顶部冷却下来，当融化的地幔继续搅动时，可能会出现适合生命生存的表面。
“磁场有助于保护行星大气不被恒星风吹走，”加州大学伯克利分校(UC Berkeley)前博士后弗朗索瓦·索比兰(Francois Soubiran)说。“我们现在探测到的大多数超级地球都非常接近它们的主恒星，并且暴露在非常强的恒星风中。因此，磁场存在的可能性无疑是地球进化及其宜居性的一个关键因素。”
索比兰和米泽尔9月24日在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。
地球内部的发电机
今天地球的磁场是在铸铁的外核产生的，在那里，大量的导电液态铁上升和下降，再加上地球的自转，就产生了发电机和持久的磁场。
一层可能的超级地球。这样一颗大行星的形成热可以使它的岩浆海洋活跃10亿年，除了铁芯产生的磁场外，还会产生它自己的磁场。(NASA图像)
但是，岩石地球在45亿年前最初形成时是熔融的，一些地层可能在其诞生后的数百万年里一直保持熔融状态，并形成对流——就像沸水一样，只是速度慢一些。缓慢对流的岩浆海洋是否产生了类似于今天铁芯产生的磁场?
在围绕其他恒星发现了超级地球之后，同样的问题也出现了。超级地球是如此的巨大，以至于它们的内部，也就是地幔，应该在形成后的几十亿年里保持液态，并保持对流状态。
在这两种情况下，自转行星上缓慢沸腾的岩浆只有在液态岩石导电的情况下才能产生强大的磁场。
没人知道这是不是真的。
硅酸盐是指构成地球岩石内部的数千种硅基矿物，在超级地球内部的高温高压下进行硅酸盐实验是困难的。在典型的行星内部环境下，即使是确定岩石是固态还是液态也不是件容易的事:温度为1万摄氏度，压力是我们周围空气的1000万倍。
“在标准温度和压力下，硅酸盐是完全绝缘的;这些电子要么与原子核紧密结合，要么以分子键形式存在，无法自由移动，产生宏观电流。”“即使高的内部压力有助于减少电子移动的障碍，硅酸盐在超级地球中的导电作用也不一定明显。”
但Soubiran Militzer进入量子计算机模型的矿物质,允许他们计算的导电性,在这种情况下,石英(二氧化硅),镁(氧化镁)和silicon-magnesium-oxide (post-perovskite),都是常见的岩石在地球上,月亮,可能我们太阳系的所有行星。
在对这三种硅酸盐分别进行了长时间的计算之后，他们发现，当它们在高温高压下从固体转变为液体时，这些硅酸盐的导电性变得适度。当他们把导电性带入地球内部的模型时，他们发现这些岩石的导电性足以维持一台发电机，从而维持一个磁场。
“我们的计算表明，液体无序的结构有助于电子导电，”索比兰说。例如，1万摄氏度和1千万大气压下的液态硅酸盐的电导率只有液态铁的百分之一左右。
索比兰指出，周期为两天或两天以上的行星会产生类似地球的磁场:南北方向清晰的偶极子磁场。然而，较慢的旋转速度可能会造成一个更混乱的磁场，使其更难被远距离探测到。
加州大学伯克利分校(UC Berkeley)研究地球内部动力学的专家布鲁斯·巴菲特(Bruce Buffett)没有参与这项研究。他说，行星只有在导电性和流体速度之间达到恰当的平衡，才能产生维持磁场所需的反馈，才能产生磁场。
“许多地球物理学家的期望是,至少在地球条件下,液体的电导率硅酸盐会下跌更多的属于,嗯,如果你真的,非常大的流体运动来弥补低电导率,您可能有一个磁场,”巴菲特说,地球和行星科学教授。“这是对更高温度和压力条件的首次详细计算，它发现电导率似乎要高一些，所以要使这一切正常工作，流体运动可能不那么极端。”
这项工作由国家科学基金会资助。
相关信息
- 超级地球岩浆海洋中的电导率和磁发电机(自然通信)
- 伯克哈德Militzer的网站
- 弗朗索瓦Soubiran的网站
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.berkeley.edu/2018/11/21/what-magnetic-fields-can-tell-us-about-life-on-other-planets/