在地球的白天，磁重联将来自太阳的物质和能量输送到地球的磁环境中。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Conor Feehly）：地球的一个决定性特征是它的磁场。它形成了一个保护罩，可以抵御太阳喷出的高能粒子，因此可以说为生命提供了一个更安全的地方，让它们成长为我们今天看到的复杂的生物阵列。地球磁场最令人震惊的迹象是极光，在太阳活动频繁的时候，极光是出现在北极和南极附近的彩色光幕。地球有磁场的另一个迹象是，无论你在地球上的哪个地方，指南针都指向北方。但是，我们如何判断太阳系中的其他行星或天体是否有磁场？有可能知道遥远的系外行星是否有磁场吗？我们知道，太阳系的气态巨星（木星和土星）和冰巨星（天王星和海王星）具有强大的内部磁场。然而，亚利桑那州立大学的行星科学家Joseph G.O‘Rourke表示，对于类地行星和卫星来说，这有点复杂。今天，地球、水星和木星的卫星木卫三都有内部产生的磁场。O’Rourke说，火星和地球的月球都有古老的地壳岩石，它们保存着早期存在的磁场的磁化残余。至于地球的另一个邻居，他补充道：“在金星上没有检测到固有磁性，但我们还没有提供足够靠近地表的仪器来寻找磁化地壳。”。为了使磁场存在于行星或月球上，必须有大量的导电液体在其内部运动。O’Rourke说，如果这些材料停止移动，或者如果材料的加热和冷却之间没有足够的温差来驱动行星或月球内部的流体对流，那么物体可能会失去磁场，在这种情况下，流体移动会太慢。根据O’Rourke的说法，在金星明显缺乏磁层的情况下，有四种可能性。普遍接受的观点是，金星有一个类似地球的核心，冷却速度太慢。由于金星缺乏板块构造，其内部的冷却速度可能比地球慢。一幅插图显示了日冕物质抛射从太阳爆发，然后撞击地球的磁层。（图片来源：uux.cn欧空局/美国国家航空航天局-SOHO/LASCO/EIT）然而，另一种可能性是金星的内部是完全固体的。这将要求行星的核心比地球的温度低得多，而O’Rourke认为这是不可能的。美国国家航空航天局计划于2031年执行的金星发射率、无线电科学、InSAR、地形和光谱学任务，以及欧洲航天局的EnVision任务，都将试图弄清楚金星的核心是否至少部分是液态的。或者，金星可能缺乏内核。地球的内核有助于产生地球的磁场。当它结晶时，它会排出杂质（比铁轻的元素），从而产生化学浮力，推动流体运动。也许金星还没有形成内核，所以它缺少了额外的能量来源。O’Rourke说，第四种可能性是金星的核心可能是化学分层的。形成月球的撞击可能搅动了古代地核，使其在开始冷却时产生磁场。然而，金星没有卫星，这可能意味着没有任何东西混淆了它的核心。确定太阳系中的天体是否有磁场的最佳方法是让航天器前往该天体，用磁力计测量磁场强度。然而，早在20世纪50年代，科学家们就能够通过采集木星极光的无线电发射来远程探测木星的磁场。奥说，磁场是了解行星内部的最好方法之一。强磁场的存在告诉科学家，这颗行星有一个巨大的导电流体库，可以四处移动。O’Rouke解释道：“发电机是流体运动的能量转化为磁场的过程。”。“在类地行星中，金属核可以容纳发电机，就像今天的地球一样。然而，液态硅酸盐（基本上是熔融岩石）在极端的压力和温度下也具有导电性。氢在木星和土星等气态巨星的内部深处变成金属，这使它们能够产生强大的磁场。”有没有系外行星有磁场？当谈到系外行星——太阳系外的行星——行星科学家还没有明确地检测到磁场的存在。然而，O’Rourke认为我们离得不远了。天文学家已经在被称为棕矮星和低质量M矮星的小恒星中探测到了由磁场产生的极光。O’Rourke说：“我猜下一代仪器将能够探测到类木星系外行星的磁场。”。“对类地行星磁场的探测在更遥远的地平线上，但有望在未来几十年内实现。一般来说，我们可以直接（例如通过观测极光或辐射带）或间接（例如通过观察行星磁场与其母恒星的相互作用）探测系外行星磁场。”行星科学家目前正在争论磁场是否能全面保护行星大气层。一方面，磁场可以保护大气层免受恒星风的影响，尤其是在磁赤道附近。O’Rourke解释说，另一方面，磁场可以将带电粒子引导到极地，许多有助于大气逃逸的机制不受磁场的强烈影响。奥说：“数十亿年来，地球一直保持着磁场和宜居表面。”。“当磁场消失时，火星的大部分水大致流失到了太空。金星，地狱般的世界，缺乏磁场。在我们的太阳系中，磁性与宜居性有关。然而，相关性并不是因果关系。”随着我们通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测获得更大的系外行星样本量，行星科学家将开始揭示磁场与行星宜居性之间的关系。极光可能是我们应该更仔细地寻找生命迹象的首批指标之一。 木星是巨大的，有一半的光，它的卫星木卫一在前景中，明显更小。（图片来源：uux.cn/美国国家航空航天局/约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所/戈达德太空飞行中心）（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Monisha Ravisetti）：可以说，我们太阳系最令人困惑的方面之一是，并不是每个行星都像地球一样是一块漂亮、坚固的岩石。有些实际上几乎完全是由气体制成的。你不能完全“站”在木星上的任何地方，除非你设法一路穿过木星的气体层，在到达橙色条纹的世界潜在的岩石核心之前，在不真实的压力下幸存下来。这听起来并不理想。即使是科幻电子游戏的创作者有时也很难描绘穿越其中一个世界的感觉。在Xbox游戏《星际争霸》中获得免费统治权后，我想做的第一件事就是让我的飞船降落在模拟的海王星上，看看会发生什么。游戏不允许这样做。不用说，对科学家来说，巨大气体球体的奥秘也是一个非常有趣的问题。现在他们有了詹姆斯·韦伯太空望远镜令人难以置信的强大红外眼，他们正在把太空仪器放在这个盒子上。就在上周，一个团队宣布，由于JWST，他们可能会对气态巨行星形成的动力学进行一些更新。更具体地说，研究人员表示，他们已经开始在回答气体巨星在宿主恒星周围形成多长时间才能使这些恒星周围的所有气体消失的问题上取得进展。简短的答案是，不是很长——但整个故事要微妙得多。该团队使用JWST来探测所谓的“圆盘风”（有点令人困惑）。这并不是你想象中的风。相反，它指的是气体离开恒星周围圆盘的过程。这个“圆盘”将充满不同类型的物质，有可能产生行星。因此，它被称为“原行星盘”“我们知道它们的存在，它们可能在盘面演化中发挥重要作用，”新的盘面风分析的主要作者、亚利桑那大学月球和行星科学实验室的科学家纳曼·巴贾杰说，告诉Space.com。“我们不知道的是潜在的物理现象，以及由此损失的质量。这些是回答我们关于其影响的所有问题的关键。”这样的圆盘也会包括非气态的碎片，就像随着时间的推移可以聚集在一起形成岩石行星的尘埃一样。事实上，人们认为地球就是这样形成的。巴贾杰说：“关于这个名字，我只能怀疑是因为它的‘慢’速度。”。他解释说，该团队研究的圆盘风似乎以每秒10至15公里（6至9英里）的速度移动。另一方面，快速移动的气体模式通常被称为“喷流”。它们的速度可以超过每秒100公里（62英里）。尽管Bajaj和其他研究人员没有就气体行星在原行星盘气体完全耗尽之前可能需要形成多长时间得出最终的、得到严格证实的答案，但他确实根据自己的计算提供了一个大致的答案。他估计：“考虑到这个圆盘中的气体质量，假设气体将以我们发现的恒定速度离开——大约每年一个月球质量——大约需要10万年。”。是的，这听起来像是一段很长的时间。但是，正如巴贾杰所强调的，从天文学的角度来看，这是一个非常短的时间尺度：“原行星盘的寿命大约为500万至1000万年！”如何查找空间磁盘处理盘风运动的第一步就是简单地找到一个盘风主题。当然，要找到一个圆盘风的主题，你需要找到一个原行星盘。我们的太阳系不适用于这种分析，因为我们所有的行星都是完整的——包括气态行星。因此，该团队的圆盘风目标最终与一颗年轻的低质量恒星T Cha周围的圆盘有关。老实说，这是一个超级有趣的明星本身。这个闪闪发光的天体距离地球约350光年，已知其圆盘中有一个很大的尘埃间隙。这个灰尘间隙正是它听起来的样子。Bajaj说：“这些间隙被认为是行星在绕恒星运行时消耗掉所有物质而产生的。”。因此，这样的差距表明，这颗恒星周围确实有萌芽的行星，而且年龄足够大，这些新生的行星有时间吃掉一些圆盘本身。巴贾杰说：“我们也把这称为过渡阶段。”。“它正在从原行星盘过渡到更像太阳系的结构。”此外，Bajaj解释说，之前的地面观测表明，该盘中存在氖，这基本上标志着该盘的气体是如何缓慢排出的。稍后会有更多内容。因此，一个优秀的椎间盘学科就在眼前。下一步是开始进行一些观察，看看T Cha周围发生了什么。是时候追踪一些霓虹灯了。这是一张年轻恒星T Cha周围区域的可见光宽视场图像，由通过红蓝滤镜拍摄的照片创建，是数字化巡天2号的一部分。（图片来源：uux.cn/ESO和数字化巡天2。鸣谢：Davide De Martin）气态贵族氖是一种稀有气体，是一类由具有完全填充的外电子壳层或价壳层的原子表示的元素。简单地说，由于价壳层的特性，这些气体是非常不活泼的。然而，如果暴露在足够高的温度下，它们仍然有可能失去其中一个外层电子。如果发生这种情况，气体就会被“电离”或带电。因为电子带有负电荷，失去一个负电荷会使以前中性的原子变得更正一些。获得额外的电子同样会使先前中性的原子变得更负。但是，对天文学家来说，重要的是，当宇宙中的某个地方发生这种电离时，会留下一个可以被他们的设备跟踪的信号。其中包括詹姆斯·韦伯太空望远镜。而且，正如Bajaj所解释的，霓虹灯的特征对于圆盘风跟踪来说特别特别。首先，一些气体更有可能存在于原行星盘中。轻便的霓虹灯就是其中之一。Bajaj解释道：“对于较重的稀有气体，它们的丰度非常低，所以我们看不到它们。”。第二，不同元素的电离情况不同。有时，需要一个非常高的温度才能将电子从原子上踢出；其他时候，电子更愿意退出，并且在较低的温度下退出。Bajaj说：“氦比任何一种（稀有气体）都要丰富得多，它被电离的温度要求要高得多。”。然而，另一方面，氖会在更温和的温度要求下喷出一个电子——这就是为什么该团队专门寻找氖发射线，以观察气体在T Cha原行星盘内是如何演化的。简而言之，他们找到了两个。“当我们第一次看到光谱时——我研究生院的第一周——我们看到两条霓虹灯都在蓬勃发展！”Bajaj说道，并补充道，其中一条线实际上以前从未在T Cha周围看到过。“通过JWST观察，我们发现霓虹灯来自离恒星更远的地方。”巴贾杰说：“我花了好几个月的时间试图从图像中弄清楚我们是否能看到霓虹灯的发射结构；这非常困难。”。他解释说，他花了大约八个月的时间才从JWST的图像中确认该结构确实存在。但这还不是全部。有一个惊喜。这幅艺术家的插图描绘了气体离开新生的行星形成盘的样子。（图片来源：uux.cn/ESO/M.Kornmesser）Bajaj说，除了霓虹灯线，研究小组还发现了一条非常强的氩线。尽管以前在一些原行星盘中看到过这样的氩线，但没有一个看起来如此强烈。然后，又是一个惊喜。Bajaj说：“我们一直认为我们有两条氖发射线和一条氩发射线，但有一天天气好，我在浏览光谱时发现我们有另一条氩线。”。“这比其他比赛弱得多，所以我们错过了很长一段时间。”“我们意识到这是我们第一次在任何原行星盘中看到这条线！”他补充道。“一些资深研究人员认为这永远不可能做到，但经过几个月的一些更严格的测试，我们证实我们已经做到了。”我们该何去何从？巴贾杰重申的一个重要观点是，该团队的新结果实际上是在进一步了解气体行星令人费解的本质的宏伟进程中迈出的一小步，尽管这一步至关重要。这些奇怪的气体球体是从哪里来的？他们的建筑似乎很难与之抗衡。这项新工作不仅加强了之前在这一领域进行的许多观察（事实上，其中一些观察是由巴贾杰的合著者领导的），而且还为未来广泛的迷人研究打开了大门。例如，有了这些盘风的细节，该研究的合著者、荷兰莱顿大学的博士后研究员Andrew Sellek随后发表了一篇论文，概述了模拟结果，表明盘风过程是由光蒸发驱动的。冒着过于简单化的风险，在这种情况下，光蒸发是指恒星加热其周围圆盘中气体的能量，然后迫使气体扩散到太空中。巴贾杰说：“就像地球上的水是如何蒸发的。”。实际上，Sellek的论文最近被《天文学杂志》接受发表；预打印可在此处查看。好吧，在这一点上，我可能有点沉思，但在深入了解了圆盘风的动力学之后，我忍不住想一想这个主题有多令人满意。这几乎就像碎片简单地落在了合适的位置。例如，由于气体离开原行星盘的方式，确实一旦气体消失，只有岩石行星才能形成。气体世界，尤其是气态巨星，更有可能出现在行星系统的外部区域。原行星盘的外部区域往往有更普遍的质量，因此导致整体上有更大质量的行星，其中包括木星式的气态巨星。此外，主持人本身也有发言权。Bajaj说：“离恒星很近的岩石行星（像水星）将很少或没有大气层，因为它将被太阳的高能光子剥离——类似于光蒸发。”。“对于气态巨星来说，如果它们碰巧在恒星附近形成，它们有可能在气体和太阳能量之间找到平衡。”最后，尽管在这一点上说得很老套，但所有这些都证明了詹姆斯·韦伯太空望远镜在多大程度上改变了我们对宇宙的理解。它的红外灵敏度无疑是巨大的，但它的许多发现都归功于已经可以建立的大量工作——帮助科学家确定JWST应该在哪里寻找的论文库。巴贾杰说：“我们确实站在巨人和巨型望远镜的肩膀上。”。这项研究于3月4日发表在《天文学杂志》上。