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火星内部深处的关键变化可能导致了该行星大气的流失

火星 2026-04-25 菜科探索 +
简介:一项新的研究表明,火星核心深处的关键变化可能导致这颗行星在其历史早期失去磁场,大气流失。

今天,火星是一

【菜科解读】

  一项新的研究表明,火星核心深处的关键变化可能导致这颗行星在其历史早期失去磁场,大气流失。

今天,火星是一个大气层稀薄的行星,无法在地表支撑大量流动的水,但科学家们发现了古代湖泊、溪流甚至海洋的证据,表明过去的条件有所不同。

因此,科学家们渴望了解火星早期历史上是否存在水,特别是为评估这颗红色星球上存在生命的可能性提供信息。

火星内部深处的关键变化可能导致了该行星大气的流失.jpg

  特别是,研究人员想了解是什么导致了火星的保护气氛急剧变薄。

现在,一项新的研究检查了火星核心的变化,这些变化可能导致火星磁场随着时间的推移而减弱,从而使大气层容易受到侵蚀。

  研究小组的工作表明,大约40亿年前,研究人员所在的东京大学的代表在一份声明中写道,在核心内,“被认为存在的熔融金属的行为可能会产生一个注定会消失的短暂磁场”。

这位艺术家的概念展示了 MAVEN 航天器在火星轨道上的运行.jpg

  研究人员使用预计将在那里发现的材料样本模拟了早期火星核心的条件,包括铁、硫和氢。

该样品被放置在两颗钻石之间并被压缩和加热,以试图复制在核心中发现的巨大压力和热量。

  使用 X 射线和电子束观察,该团队跟踪了样品在材料被加压和压缩时的变化。

科学家们发现最初均质的火星物质被分离成两种液体。

  “其中一种铁液体富含硫,另一种富含氢,这是解释火星周围磁场诞生和最终死亡的关键。

”共同作者、东京大学系教授 Kei Hirose地球和行星科学,在同一份声明中说。

  实验还表明,密度较小的氢液体高于密度大得多的富硫液体。

这种液体运动在火星上引起了暂时的对流,类似于地球上仍然存在的对流。

科学家们相信这些电流会产生我们的磁场。

艺术家描绘的火星中心.jpg

  然而,在火星上,磁场只持续了一段时间。

研究表明,在液体分离后,电流停止了,因为没有更多的活动来驱动电流。

  大约在同一时间,由于太阳风的侵蚀,或者来自太阳的持续不断的带电粒子流,大气中的轻质氢被吹入太空。

较少的大气反过来导致水蒸气的最终分解(因为水包括氢)。

随着大气变薄,液态水停止在地表流动。

NASA 洞察号着陆器的一部分图像。</p><p>InSight 正在研究这颗红色星球上的火星地震,这可能暗示着核心活动.jpg

  研究人员希望,像美国宇航局的洞察号着陆器这样正在追踪红色星球上的地震活动的任务,可以提供有关核心成分的更多背景信息。

  “考虑到我们的结果,对火星的进一步地震研究有望验证核心确实像我们预测的那样位于不同的层中。

”Hirose 说。

“如果是这样的话,它将帮助我们完成包括地球在内的岩石行星如何形成的故事——并解释它们的组成。

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同样的微风可以在土卫六表面激起巨浪,却仅够在地球上泛起涟漪。

Schneck / Ashton et al. 麻省理工学院(MIT)博士生 Una Schneck 等人,近日在《地球物理研究:行星(Journal of Geophysical Research: Planets)》杂志上刊发表了一篇文章,称他们开发了一个名叫“行星波浪(PlanetWaves)”的新模型,可以精确描述地球之外天体表面液体形成的波浪形态。

据称该模型综合考虑了行星的气压和液体的特性,包括其密度、粘度和表面张力——这些参数能够量化波浪在形成过程所受到的阻力——而非仅考虑行星的引力。

研究人员发现,在地球以外的天体表面,波浪的形态和强度可能与地球迥然不同。

仅够地球泛起涟漪的微风,在土星的卫星土卫六(Titan)表面,却能掀起高达3米的巨浪。

同样的微风可以在土卫六表面激起巨浪,却仅够在地球上泛起涟漪。

Schneck / Ashton et al. 研究人员称,人们可能已经习惯了地球上特定的波浪形态,但通过这个模型,我们可以非常直观地看到在不同的液体、不同的大气和不同的引力条件下波浪运动方式的差异,而这种差异很可能会挑战我们的直觉。

土卫六是迄今为止已知地球以外唯一一个表面存在大量液态物质的天体。

但土卫六表面的液体并不是水,而是油性的甲烷、乙烷等碳氢化合物(烃类物质)。

这些物质只在-179℃的极寒环境中才保持液态。

但是迄今为止事实上没有人直接看到过土卫六表面的这些湖泊或海洋,要想知道那里会产生什么样的波浪,只能靠模拟。

研究人员通过模拟发现,由于土卫六的引力仅为地球的14%,其湖泊或海洋中液体的密度较低,且更易流动,因此仅够地球泛起涟漪的微风,也能在那里掀起3米高的巨浪。

所以如果我们站在土卫六的海边,可能会看到这样一幕超现实主义的景象:尽管迎面而来的只是轻柔的微风,海中却已掀起巨大的波浪——更让人感觉诡异的是,这些巨浪却在以非常慢的速度缓缓移动,其推进的速度像是慢镜头。

由此也引出了另一个让人好奇的谜——在地球上,海浪的长期拍打,会对海岸构成严重侵蚀——那么在土卫六上,这些“巨浪”是否也有同样的能力? 如果我们将地球和土卫六进行比较,会发现在地球表面,河流入海口通常有所谓的“三角洲(Delta)”;

但在土卫六上,尽管也有河流和海岸线,却几乎看不到类似三角洲的地貌。

这种差异是否与波浪的差异有关? 了解这种差异,也有助于工程师设计出能够在土卫六湖泊或海洋表面漂浮的探测器。

这样的探测器必须能够承受“当地”海浪的冲击。

此外,尽管火星表面现在已经没有液态水,但在几十亿年前,却并非如此。

通过该模型,研究人员发现, 当时仅需较小的风力,就可在液态水的表面掀起波浪;

而随着火星大气层的逐渐散失,其表面气压和温度下降,在此过程中产生波浪所需的风力也越来越强。

在太阳系以外,行星 LHS 1140b 位于宜居带,它的密度表明其有高达 19% 的含水量。

LHS 1140b 是一颗“超级地球”,其引力比地球强得多。

那里如果有海洋,那么在相同风速下产生的海浪要比地球上小得多。

一个更为奇异的范例可能是 Kepler-1649b——这颗酷热的系外行星,其引力强度与地球相近,且大气环境可能与金星差不多——富含大量硫酸。

如果 Kepler-1649b 表面存在硫酸湖,那么由于硫酸的密度是液态水的两倍,若要在其湖面上掀起硫酸的涟漪,所需的风力要比在地球上强得多。

而巨蟹座 55e(55 Cancri e)表面则可能覆盖着熔岩湖。

熔岩的黏性非常大,与此同时这颗行星的引力也比地球强,所以要在这些熔岩湖表面掀起涟漪,则需要时速近 130 千米的狂风。

土卫六。

NASA / JPL-Caltech 参考 Waves hit different on other planets https://news.mit.edu/2026/waves-hit-different-on-other-planets-0416 Modeling Wind-Driven Waves on Other Planets: Applications to Mars, Titan, and Exoplanets https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025JE009490

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