火星磁场

来自于表面磁化的地壳，引起地壳磁化的发电机作用仅存在火星形成早期

火星磁场是指主要来自于表面磁化的地壳，引起地壳磁化的发电机作用（暂译，dynamo）仅存在火星形成早期。根据火星磁化陨石的定年，发电机作用大约在39亿年前已经停止，而其动力来源、产生的磁场形态与消失原因，还没有定论。火星磁场是火星主要观测物理场之一，火星磁场研究对火星探索具有重要的科学意义。火星内部产生的磁现象。根据火星与地球的对比研究，认为火星有一个金属核存在，预测火星应有一个中强磁场(约为地球磁场的10%~15%),但宇宙飞船仅检测到弱磁场，其强度为地球磁场的0.1%~0.2%。近年的探测证实，火星没有一个全球性偶极磁场，却存在众多的局域性的偶极磁场。因此，火星是具有众多局域磁场组成的多极磁场的行星。故火星不存在辐射带。

简介

火星的地壳磁场强度如同其地表形貌，具有南北半球的差异：相对于北半球，南半球拥有较强的磁场，因此一般相信，地壳磁场与造成南北半球地形不对称的成因有关。科学家认为产生南北不对称地貌有两种可能：一为陨石撞击北半球，二为早期火星内部的地幔对流。过去相信，在陨石撞击北半球时，同时将地壳消磁、造成磁场强度分布的不对称。加拿大科学家Sabine Stanley的研究小组认为，双面磁场也有可能产生于南北半球不对称的发电过程，并不需要额外的消磁事件。

NASA发现表明火星的绝大部分区域都存在条状的磁性部分。其中磁信号最强的是南部高地，其他区域也存在有磁效应。另外，北部低地和Tharsis火山区是两个最明显没有磁性的地方。

古代火星的磁性远比科学家们之前所认为的更强，而且可能更加活跃。这一发现还为地球最初5亿年期间的板块构造学说提供了有利的证据。

形成

科学家们认为，火星在最初形成的5-10亿年时间里会在其内核处产生强磁场，然后就像地球磁场一样重复交换磁北磁发电机

磁场模式。因为如果利用一个晚上把岩石加热到600摄氏度就能消除其磁记录，而火星在漫长的100万年间只需加热到300摄氏度就能做到这一点。

也许在火星Tharsis火山区和北部低地就发生了类似情况，因为Tharsis火山区的火山活动频繁，而北部低地则经常有大规模的熔岩泛滥。因此，这两个区域的磁性属于磁性空白点。

研究还另外发现有一种特有的磁模式从东到西贯穿于火星的子午线台地（Terra Meridiani），这种重复式的磁模式与地球中大洋脊（海底扩张处）的磁模式相互作用，在海底扩张中心的每侧都留下了一个镜像。

特征

来自美国宇航局戈达德航天飞行中心的研究人员们根据5.5个地球年的资料数据，制成了一部关于古代火星磁性的新地图。研究结果显示，古代火星的磁性远比科学家们之前所认为的更强，而且可能更加活跃。这一发现还为地球最初5亿年期间的板块构造学说提供了有利的证据。

研究小组负责人、NASA戈达德航天飞行中心成员Jack Connerney指出，这是人类有史以来第一次发现这些有趣的地质作用，而且他们已经相信整个火星的表层都是有磁性的。研究人员利用1997年9月进入火星轨道的“火星环球测量者”宇宙飞船上的磁力计来测量相关数据。

研究小组早期的调查显示，火星南部高地具有的条状变极性磁性部分，就跟地球上临近海底扩张区域的情况十分相似。但是火星的其他区域还没有可靠证据证明存在磁性部分。

随着海底扩张的持续进行，在地壳压力的作用下出现了转换断层。而这种磁模式也在被转换断层错断了的大洋中脊处产生变化。在地球上，大型的转换断层可以跨越整个太平洋板块，约为1200-1300千米（750-800英里）。

消失之谜

火星磁场消失之谜有新解：行星撞击是元凶

据国外媒体报道，火星磁场到底是如何消失的？来自加拿大多伦多大学的贾法尔·阿尔卡尼-哈梅德就该问题提出了一种新的观点。　阿尔卡尼-哈梅德认为，一颗曾在火星附近运行，后来又与之发生碰撞的较大小行星是导致火星磁场消失的真正原因。

在40亿年之前，刚形成不久的火星也曾拥有过磁场，而且其强度还与地球磁场非常相似。不过，火星磁场在存在了不长的时间后便神秘地消失了。

在解释火星磁场消失的各种观点中，最主要的一种认为：随着火星核的冷却，其中液态金属的对流逐渐减弱，最终导致了磁场的消失。

为了揭开火星磁场消失的秘密，阿尔卡尼-哈梅德与同事们设计了一套新的计算机模型。他们认为，要想解释磁场消失的原因，首先应查清它是如何出现的。

加拿大科学家表示，当年推动火星液态核心内金属流运动的力量并非来源于火星内部，而是来自一颗被年轻的火星所俘获的大型小行星。

根据阿尔卡尼-哈梅德等人的计算，在太阳和木星的联合作用下，这颗小行星可能曾沿一条稳定的轨道绕火星飞行，两者之间的距离约10万公里。不过，在火星引力的作用下，该小行星开始逐渐地向火星靠近。当两者的距离接近到5－7.5万公里时，小行星所产生的引力已足够打破火星核内部原有的平衡，并诱发其中金属流的运动，进而产生出磁场。小行星在火星上诱发磁场的过程持续了大约5000－15000年。

在此之后，小行星仍在不断地向火星靠近并使后者的磁场又维持了数百万年的时间。阿尔卡尼-哈梅德认为，如果该小行星的自转方向与火星的保持一致，或者其沿相反的方向绕火星旋转，那么火星磁场还有可能维持更长的时间。

最终，在火星引力的作用下，这颗小行星发生了分裂，有此产生的大量碎片落向火星并孕育出了一些庞大的环形山。

随着小行星的解体，火星磁场也随之消失了（确切地说，应是减弱为原先的数百分之一）－－火星核内部原有的对流现象太弱，不足以孕育强大的磁场。

而磁场的消失可能还在火星气候变化的过程中发挥了极其重要的作用。据科学家们估价，在磁场消失后，火星的气候逐渐由原先的温暖湿润变得寒冷干旱。

当然，也有专家指出了在阿尔卡尼-哈梅德等人理论中存在的一些瑕疵。有学者就认为，火星是否能捕捉到一颗足以对其内核运动产生影响的大型天体，是非常值得怀疑的。

作用

没有磁场保护，火星将暴露于太阳风的完全灼烧下，太阳风是太阳喷射的持续带电粒子流，它将缓慢地侵蚀火星大气层，直至将大气层削弱成仅包裹着气体残留物为止。随后恶劣的气候变化将很快到来，从而促进火星表面逐渐转变成现今的荒芜模样。

罗伯茨称，虽然类似的小行星碰撞产生的破坏力也足以摧毁地球磁场，但要摧毁地球磁场，还需要遭受比火星上更巨大的小行星碰撞。

地球地幔厚度是火星地幔的两倍，并且地球内核的搅动更加频繁，因此很难摧毁地球上的磁场。金星也缺少全球范围的磁场，但是科学家们认为这是由于金星地幔较干燥和僵硬，因此很难导致热量流通循环。

恢复

瑞士科学家们通过实验室模拟实验得出结论称，数亿年前就消失了的火星磁场不久后将再次恢复。据《新科学家》杂志报道称，科学家们研究发现，火星的部分内核被熔化是导致火星磁场消失的主要祸首。

以瑞士联邦工学院(位于苏黎世)的安德鲁-斯图阿尔特为首的瑞士科研小组通过模拟实验成功再现了火星内核部分地区的压力和温度。在此次模拟实验中，科学家们利用填充了铁、镍和硫混合物的金刚石密封舱，它的压力被调节到了40兆帕斯卡。通过实验，研究人员成功发现，在火星内核温度达到1500开氏度时，密封舱内的混合物应该处于液态状。不过内核外层会出现固化现象。当然，只有在火星内核中硫的含量不超过10.6%时才会出现上述现象。科学家们称，这可以解释火星的磁场为何消失了，同时也可以解释地球的磁场为何仍然存在。科学家们认为，地球磁场之所以依然存在，就是因为地核内部是固态的。固态地核内层与被熔化了含大量铁的外层相互摩擦便产生了地球磁场，其工作原理类似于直流发电机。

科学家们表示，如果火星内核被熔化了的部分能够重新结晶变成固态形式，那么消失已久的火星磁场还将再次出现。

火星大气层流失之谜和地磁场减弱的风险

地磁极反转首先能引发强烈的构造运动。热能积累在外核导致地核膨胀，胀裂地幔，核幔边界的地幔热流———热幔柱顺势上升，形成地表巨大火山区。这是中生代温暖期火山频发与异常的静磁带(地磁极性长期不变带)对应的原因。其次，地磁极性反转会产生一个地磁强度为零的时期。大家知道地球生物曾经发生过大灭绝的现象，比如某些有孔虫在几百万年前之突然全部灭种、中生代恐龙之突然灭绝等，但同时一些其他种类的动物突然出现，比如哺乳动物，这些突变都与地磁反转在时间上有吻合之处。是否是由于失去地磁的保护，太阳风的高能粒子横扫地球表面导致生物灭绝?这值得我们研究，特别是零磁场与生物演进的关系。

太阳风由太阳释放，以每秒200公里至800公里的速度向太阳系运动，是一种持续存在的等离子体流。在地球磁场作用下，太阳风难以抵达地球大气层。也就是说，地球磁场对大气层起到保护作用。相比之下，火星缺乏这种磁场，以致大部分大气层被太阳风“吹走”。

行星大气层的消失不仅与行星磁场有关，而且与行星轨道偏心率有关。我们发现，金星、地球、火星、水星的轨道偏心率分别为0.007、0.017、0.093、0.206，大气浓度分别为浓密、标准、稀薄、极其稀薄。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释.

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