最新研究或揭曉水星鐵核成因

為什么水星存在一個較大的鐵核？目前，美國馬里蘭大學的最新研究表明，與太陽磁場的接近程度，決定了行星的內部構成，這或許能揭曉水星鐵核的存在謎團。

該研究反駁了關于水星有一個較大內核的普遍性假設，該內核大小是相對于地幔（行星核心與地殼之間的層）。幾十年以來，科學家一直認為，在太陽系形成過程中，水星和其他天體的“肇事逃逸”碰撞吹散了水星大部分巖石地幔，最終留下內部巨大密集的金屬核，但最新研究表明，碰撞并非罪魁禍首，而是太陽磁場。

最新研究表明，在太陽系內行星形成之后，太陽磁場逐漸將鐵元素吸引到太陽系中心區域，這就解釋了為什么距離太陽最近的水星比地球、火星等其他巖石行星的外層擁有體積更大、密度更大的鐵核。

馬里蘭大學地質學教授威廉·麥克唐納和日本東北大學Takashi Yoshizaki建立了一個模型，顯示了巖石行星內核的密度、質量和鐵含量受其與太陽磁場距離的影響。

麥克唐納說：“太陽系最內側的4顆行星——水星、金星、地球和火星，是由不同比例的金屬和巖石組成，隨著行星距離太陽越來越遠，其地核中的金屬含量也會下降，這是一個梯度變化，通過展示太陽系早期形成階段原始材料的分布受太陽磁場控制，我們的研究報告解釋了該過程是如何發生的。”

之前麥克唐納開發了一個地球成分模型，這是行星科學家用來確定系外行星成分的常用模型。他的最新模型顯示，在太陽系早期形成過程中，年輕的太陽被灰塵氣體渦流云環繞，鐵顆粒被太陽磁場吸引到太陽系中心區域。當太陽系行星從灰塵氣體渦流云中誕生時，距離太陽較近的行星核心吸收的鐵元素，將比距離太陽較遠的行星吸收的鐵元素更多。

研究人員發現巖石行星內核中鐵的密度和比例與行星形成過程中環繞太陽的磁場強度有關，他們的最新研究表明，在未來試圖描述巖石行星（包括太陽系外行星）的構成時，應該考慮到磁場因素。

行星內核成分對于維持生命的可能性是非常重要的，例如：地球熔化的鐵芯形成一個磁層，保護地球免遭致癌宇宙射線的傷害。地核包含著地球絕大多數的磷，磷是維持碳基生命的重要營養物質。

利用現有的行星形成模型，麥克唐納確定了氣體和塵埃在太陽系形成過程中被吸入太陽系中心的速度，他將太陽形成時產生的磁場考慮在內，并計算出磁場是如何吸引鐵穿過塵埃和氣體云。

當太陽系早期開始冷卻，未被吸入太陽系中心的灰塵和氣體開始聚集在一起，距離太陽更近的灰塵氣體暴露在更強的磁場作用下，因此比距離太陽更遙遠的灰塵氣體含有更多的鐵。當這些灰塵氣體合并冷卻成旋轉行星時，引力將鐵吸進它們的核心。

當麥克唐納將該模型納入行星形成的計算之中，揭示了金屬含量和密度的梯度，這與科學家對太陽系行星的了解完全相符。水星的金屬內核約占其質量的四分之三，地球和金星的內核只有其質量的三分之一左右，而火星的內核僅占其質量的四分之一左右。

磁性在行星形成過程中起到的作用這一最新認知，給系外行星探索研究帶來了麻煩，因為迄今科學家沒有方法從地球角度觀測研究恒星的磁性。科學家依據太陽輻射的光譜推斷出一顆系外行星的成分，一顆恒星中不同元素會釋放不同波長輻射，所以通過測量這些波長，我們就能知道該恒星及其周圍行星的構成成分。

麥克唐納說：“一顆恒星的組成是這樣，所以它周圍的行星一定也會是這樣，依據太陽早期的磁性，太陽系內每顆行星都不同程度地含有鐵。”

這項工作的下一步是讓科學家找到另一個類似太陽系的行星系統——由巖石行星組成、距離恒星較遠的行星系統。如果這些系外行星的密度隨著它們從太陽向外輻射而下降，就像我們的太陽系一樣，那么研究人員就可以證實這個新理論，并推斷恒星磁場影響了行星形成。