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人们早就知道,火星上曾经有海洋,部分原因是与地球类似的保护磁场。然而,磁场消失了,新的研究可能最终能够解释原因。研究人员重新创造了数十亿年前火星核心的预期条件,发现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。
无论是因为科幻小说,还是因为其他原因,几个世纪以来,火星一直吸引着人们的注意力。它是离我们最近的行星之一,各种各样的无人太空探测器上的各种科学仪器已经对它进行了研究,这些探测器已经对它进行了探索,并将持续。然而,尽管如此,关于火星仍有一些尚未回答的重大问题,这些问题的答案甚至可以揭示我们遥远的过去和未来,因为地球、火星和所有邻近的行星都是由相同的宇宙物质产生的。
关于火星的一些重大问题已经得到了解答。例如,我们知道火星的许多可见特征证明它曾经有海洋和保护磁场。但有一个问题尤其是来自东京大学地球与行星科学系的Hirose教授的观点:火星周围一定有磁场,为什么它会在那里,为什么会这么短暂?为了回答这个问题,博泽实验室的团队探索了一种新的方法来测试在时间和空间上离我们如此遥远的星球。
Hirose说:“地球的磁场是由其核心的熔融金属产生的不可思议的巨大对流驱动的。其他行星上的磁场也被认为是以同样的方式工作的。”“虽然火星的内部组成尚不清楚,但陨石的证据表明,火星是富含硫的铁水。此外,美国宇航局探测器在火星表面的地震读数告诉我们,火星的核心比以前认为的更大,密度更低。这些迹象表明,火星上还存在其他较轻的元素,如HYDR奥根。有了这个细节,我们准备了铁合金,我们希望它们构成核心,并对它们进行实验。"
实验涉及钻石、激光和意外惊喜。YOKOO制作了一个含有铁、硫和氢的材料样品,即Fe-S-H,他和他的团队预计,火星的核心曾经是由这种材料制成的。他们把这个样品放在两颗钻石之间,用红外激光加热,同时将其压缩。这是为了模拟估计的核心温度和压力。通过X射线和电子束对样品进行观察,研究小组可以对压力下熔化过程中发生的情况进行成像,甚至可以绘制出在这段时间内样品成分的变化。
Hirose说:“我们非常惊讶地看到一种特殊的行为,这种行为可以解释很多问题。最初均匀的Fe-S-H分离成两种不同的液体,其复杂程度在这种压力下是前所未见的。”“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的产生和最终消亡的关键。”
富氢贫硫的液态铁密度较低,会高于密度较高的富硫贫氢液态铁,从而产生对流。这些电流与地球上的电流类似,会产生一个磁场,能够维持火星周围大气中的氢,从而使水以液体的形式存在。然而,这并没有持续下去。与地球内部持续时间极长的对流不同,一旦两种液体完全分离,就不会有更多的电流来驱动磁场。当这种情况发生时,大气中的氢被太阳风吹向太空,导致水蒸气的分解,最终导致火星海洋的蒸发。这一切都发生在大约40亿年前。
Hirose说:“考虑到我们的研究结果,对火星的进一步地震研究有望证实,正如我们预测的那样,地核确实位于不同的层中。”“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。你可能会认为地球有一天也会失去磁场,但别担心,这至少在10亿年内不会发生。”