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一个行星,需要具备哪些条件才能有自己的引力和磁场?

zhao_admin1年前 (2022-05-27)地理课件51

引力是质量扭曲时空的结果,宇宙空间中任何有质量的物体都是有引力的,质量越大引力越强。

图:引力示意图

而行星磁场就不那么容易解释了,它诞生的原理直到今天还存在着巨大的争议。可以基本确定的是行星磁场是电磁场(起码地球的是),那么这巨大的电流是如何产生的呢?

关于行星磁场产生比较靠谱的两种理论第一种,超导外核说。这种理论认为,行星的外星核是一层被电子充满的超导体球层,星球核心附近的极端环境造成了这里物质的超导体特性。在这个球层中,强大的电流不停绕行,永不衰减,从而形成了行星的磁场。电流哪里来的?来自内星核。内星核极高的温度与压力使原子内的电子被“挤”出来,跑到外核中去了。

图:行星的内核、外核、星幔和外壳

这种理论简单粗暴,但它无法解释磁极翻转之类的现象,而且,这股电流的源动力——电压从哪里来的呢。

第二种:各层转速不同说。这种理论认为,是行星内核的自转速度与其它圈层不一致,让行星变成了一个巨型发电机,从而产生了磁场。行星内核充当了发电机“转子”的角色,星幔和外壳则是“定子”,行星的液态外核正好可以充当润滑材料,为转速差的形成创造了条件。

图:包裹在液态外核中的地球内核

这是我个人最认同的理论,它能够完美解释行星自转速度与磁场的关系(地球木星等高转速行星磁场强,而金星转速低,磁场弱。火星磁场弱是因为它的外核已经快冷凝成固态了),也能够完美解释地球磁极的翻转现象(现在,地球内核的自转速度是快于地表的,在外核的阻滞作用下,内核会逐渐减速,当它的转速与地表同步时,地球磁场会暂时消失,当它继续减速,自转速度慢于地表时,地球便会产生方向相反的磁场)。

图:地球磁就是这样保护我们的

此外还有“借用恒星磁场”的说法和“俘虏恒星电荷”的说法等等,前者只适用于水星,后者忒玄幻,暂不展开了。

行星磁场产生的条件行星想要拥有磁场,需要的条件还是比较苛刻的。根据天文学家的观测,拥有磁场的行星都有以下几个特点。

首先得有足够的体量。在太阳系中,固态的地球与气态的木星等行星都有着庞大的体量,足以制造并保存内部的热能(地球靠地核内放射性重元素的核裂变产生热能)。火星磁场的消失与星体太小,星核冷却直接相关。无论是形成超导体圈层还是内外核转速差,都需要高温熔融的内部环境。

图:巨大的木星

,自转一周小于十小时

其次得有高速的自转。行星磁场的强度,与它自转的角速度成正比。像金星这样自转角速度很低的行星,其磁场强度都大不了。(金星磁场强度的计算值为地球值的千分之一,实测值是零)金星体量足够,内核活跃,但它自转太慢了,还非得反着转,内外星核相对运动消失,磁场也跟着消失了。如果能用《流浪地球》里的行星发动机给金星自转提个速,它应该是可以恢复磁场的。

图:地球与金星

实在不行铁核大,离恒星近也可以。没错,我说的就是水星。水星拥有一个超级大的铁质内核,占据了水星42%的内部容积(地球铁核仅占星球体积的17%),这个星核比月球还要大一点。而且它离太阳很近,强大的太阳磁场将水星的星核“磁化”了,也就是说水星的磁场是从太阳那里“借”来的。

图:水星

总之,行星磁场几乎都是电磁场,行星内部的高温高压能形成润滑层或超导层,行星的高速自转能形成内部圈层间的相对运动,这些都是行星磁场形成的条件。水星和气态巨行星的卫星属于“借磁场”的,另算。

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一个行星,需要具备哪些条件才能有自己的引力和磁场?

地球有强大的引力,所以我们都站在坚实的大地上,不仅如此还有矗立的高楼大厦告诉我们引力绝非虚言,它是实实在在存在的,比如月球就因为引力绕着地球转!当然地球还有自己的磁场,使得我们可以用指南针来区分南北,但磁场的功能绝不止区分南北那么简单!

太阳系中所有行星都有引力,但有磁场的行星却不多,比如四大岩石质行星中只有地球有比较强的磁场,其它诸如水星、金星和火星不是没有磁场就是只有一个诱发磁场,或者磁场极其微弱,而木星土星天王星和海王星则气态行星,表面温度也极低,所有只有引力与磁场完美合体的地球诞生出了高等文明!

引力和磁场对于生命来说,哪个更重要?其实两个都非常重要,因为在生命演化发展过程中,两者分别在不同阶段起到了重要的支撑作用,比如生命所需的第一个环境是有一个依托,引力得以让天体中的物质聚合成团,形成一个静力平衡的天体,比如地球!那么还需要哪些环境呢?

一个气压适中的大气层温度合适的液态水需要有机分子的介入大气层需要有足够引力的环境才能保持,比如水星就没有自身的大气层,火星则太稀薄,而金星大气压则是地球的90倍,似乎比高压锅还要狠!地球大气压则比较适中,但对于生命来说,一个大气压或者0.5个或者2个大气压这些都问题不大,关键是需要平衡与持续,切不可经常出现剧烈变化,这会造成生物难以适应!

温度合适需要地球位于太阳系的宜居带上,当然火星也在宜居带,金星则在热边缘,所以勉强有三个选手入围,但只有地球出线了!

有机物来源有两个,一个是地球本身就有的,因为在宇宙中弥漫的星际云中都观测到了有机分子的存在,因此地球本身就具备并不奇怪,另一个则是陨石所带来,这些环绕这太阳系公转的小行星被地球引力所吸引,进入了地球大气层,带来的物质成为了地球生命诞生最原始的种子。

还需要有一个合适的磁场磁场对于生命的出现非常重要,有两个功能,第一它可以将带电粒子偏转,使得它避开地球方向!因为带电粒子都都具有比较高能量,轰击生物会让分子键断裂,简单的说被轰击多了,DNA断裂无法修复,那么这个生物就差不多挂了!

还有一个就是保护大气层不会被太阳风剥离,因为偏转了粒子,轰击大气的粒子使大气逃逸比例就低了,得以让大气维持一个平衡!而大气的功能就多了,无论厌氧性还是需氧性生物,都必须在大气层内生活,即使如水熊虫这种可以在真空下存活,但不能在真空中展开生命活动,简单的说就是休眠了。

另一个功能是大气层能阻挡大部分高能粒子和伽玛射线,让生命存活的几率大大增加!所以引力和磁场都是生命活动必须的!

引力和磁场都是怎么来的呢?牛顿在三百多年就发现了万有引力,爱因斯坦告诉大家,引力是质量弯曲周围的时空,而质量在其中的运动方式展现在大家眼前的就是引力,当然质量不仅会对空间产生影响,而且对时间也同样会产生影响,因此惠勒用一句很简单的话就概括了:“质量告诉时空该如何弯曲,时空告诉质量该如何运动”!

因此我们所有人都在地球弯曲的时空生存,如果地球不再不弯曲这个时空,那么大家都得玩完!不过这种事情大概率不会发生,除非希格斯场出现问题!

那么磁场是怎么来的呢?地球磁场的产生机制十分复杂,具体怎么产生科学家仍然一头雾水,但大家公认磁场有几个非常关键的因素,即:

必须自转必须有液态金属内核地球内核必须有高温来源环环相扣,少一个都不行,因为高温才能使金属内核成为液态金属内核,因此才能内外自转一直,与诱发磁场一起形成自励的发电机效应,成为稳定的磁场输出,形成保护地球的地球磁场环境!

水星因为太小了,而火星则已经冷却,金星尽管有液态内核,但它自转极慢,这导致了它几乎没有磁场!也许是金星形成晚期遭受到了严重撞击才导致它成为一颗自转极慢的行星。

而地球内核高温来源有两个,一个是引力坍缩能,另一个是地球内核放射性物质的衰变能,两者产生的热量都会通过地表向太空散失,而且放射性物质的半衰期已过,未来产热会越来越少,也就是地球内核温度会越来越低,最终将冷却无法形成液态内核,地球发电机效应消失,磁场消失!不过为时尚早,因为还有二十多亿年,对于人类从茹毛饮血时期到现代文明,不过区区数万年时间!

所以时间还长得很!

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