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        指南針在火星上能用嗎

        2021-06-15 01:59:40韓娟娟
        奧秘 2021年5期
        關(guān)鍵詞:磁針太陽風(fēng)指南針

        韓娟娟

        指南針在地球上為何能指明方向

        指南針,我國(guó)古代四大發(fā)明之一,利用裝在軸上的磁針辨別方向。它小巧簡(jiǎn)單,卻能發(fā)揮大作用,是古代航海出行和沙漠行走的必備用品。

        在地球上,指南針之所以能夠指向特定方向,是因?yàn)榈厍虼嬖谝粋€(gè)地磁場(chǎng),普遍認(rèn)為這個(gè)磁場(chǎng)由地球內(nèi)部液態(tài)鐵的流動(dòng)引起。地磁場(chǎng)是一個(gè)與地球自轉(zhuǎn)軸呈11°夾角的磁偶極子,它有兩個(gè)磁極,磁南極大致指向地理北極附近,磁北極大致指向地理南極附近。

        指南針的磁針則是一根小磁體,兩端分別有兩個(gè)極:南極和北極。根據(jù)磁極間同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的規(guī)律,指南針一端總是指向南,而另一端則指向北。所以在地球上使用指南針,它的磁針總是指明南北方向。

        當(dāng)然,指南針也有可能會(huì)失靈。除了指南針壞掉的情況,還有一種假設(shè),即把指南針放在火星等沒有明顯全球偶極磁場(chǎng)的其他行星上。

        火星上有磁場(chǎng)嗎

        想弄明白磁場(chǎng)問題,要先從發(fā)電機(jī)理論談起。發(fā)電機(jī)理論是科學(xué)界解釋天體磁場(chǎng)成因的假說之一。根據(jù)該理論,行星內(nèi)核存在熔融態(tài)的液態(tài)金屬物質(zhì),在循環(huán)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流,進(jìn)而形成磁場(chǎng),并且電流越大,形成的磁場(chǎng)就越強(qiáng)。發(fā)電機(jī)效應(yīng)是成為行星產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵。

        但是,目前的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),火星全球磁場(chǎng)已經(jīng)消失。在火星磁場(chǎng)消失之謎的解釋當(dāng)中,最主流的觀點(diǎn)認(rèn)為,跟地球一樣,40多億年前,剛形成不久的火星曾經(jīng)擁有保護(hù)自身大氣層的磁場(chǎng),而且強(qiáng)度還與地球磁場(chǎng)非常相似,也擁有類似地球溫暖濕潤(rùn)的環(huán)境。然而,相較于地球,火星本身體積小,隨著內(nèi)部熱量的快速散發(fā),熔融態(tài)的內(nèi)核逐漸凝固。通過對(duì)火星磁化隕石的定年,科學(xué)界認(rèn)為火星發(fā)電機(jī)作用大約在39億年前就已經(jīng)停止,全球磁場(chǎng)自然就消失了。

        失去全球磁場(chǎng)的保護(hù),環(huán)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的火星持續(xù)遭受太陽風(fēng)的撞擊,火星大氣變得愈加稀薄。作為太陽系的中心,太陽無時(shí)無刻不在創(chuàng)造光和熱,在噴射出的能量當(dāng)中,有一種被稱作“太陽風(fēng)”的帶電粒子流,持續(xù)撞擊著周圍的行星,而火星就是“被撞者”之一。

        火星完全持續(xù)暴露于太陽風(fēng)的灼燒之中,大氣層也遭受太陽風(fēng)的剝離而逃逸到太空,從此大氣層逐漸變得稀薄。在接下來的數(shù)億年,火星從一顆溫暖濕潤(rùn)的星球變成了我們今天所知的寒冷、干燥而荒涼的世界。

        雖然全球磁場(chǎng)已經(jīng)消失,但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星具有獨(dú)特的磁尾,在此基礎(chǔ)上,能夠繪制出火星周圍電流分布全景圖。電流在火星周圍形成了一個(gè)嵌套的雙環(huán)結(jié)構(gòu),與入射的太陽風(fēng)相互作用,包裹在火星周圍流動(dòng)。電流在高層大氣中流動(dòng),最強(qiáng)的電流層存在于火星表面上方120到200公里之間。

        與地球磁場(chǎng)的形成機(jī)制不同,火星本身并不產(chǎn)生全球磁場(chǎng),而是太陽風(fēng)在火星電離層產(chǎn)生的電流導(dǎo)致磁場(chǎng)堆積、增強(qiáng),進(jìn)而形成所謂的“感應(yīng)磁層”。

        能否給火星安上“人造磁場(chǎng)”

        我們知道,沒有了大氣層,火星才變得如此荒蕪,那能否將大氣層還給火星,然后恢復(fù)適宜的溫度和溫潤(rùn)的環(huán)境,制造孕育火星生命的條件呢?

        從地球上生活的經(jīng)驗(yàn)出發(fā),地球大氣層是由地磁場(chǎng)保護(hù)的,既然火星沒有全球磁場(chǎng),那就給它造一個(gè)。那么該怎么造呢?

        在2017年,科學(xué)家就提出了一個(gè)大膽激進(jìn)的想法——運(yùn)用電生磁原理,在火星與太陽之間的 L1點(diǎn)拉格朗日點(diǎn)上放置一個(gè)磁偶極子屏蔽層,形成“人造磁場(chǎng)”。這個(gè)磁場(chǎng)用作保護(hù)層屏蔽來自太陽的高能粒子,希望能使火星免受強(qiáng)烈太陽風(fēng)的侵襲,幫助火星重建大氣層。

        “人造磁場(chǎng)還大氣層給火星”,聽起來似乎是天方夜譚??茖W(xué)家預(yù)測(cè),磁場(chǎng)能夠形成包圍整個(gè)火星的磁層,抵御太陽風(fēng)和輻射,在火星稀薄大氣層保護(hù)下,表面溫度逐漸上升,引起溫室效應(yīng),從而進(jìn)一步提升表面溫度,導(dǎo)致兩極的水冰和干冰融化,進(jìn)而恢復(fù)部分消失已久的海洋。

        指南針在火星上能不能用

        鑒于目前火星磁場(chǎng)的獨(dú)有特點(diǎn),如果真是要帶指南針上火星,恐怕磁針也愛莫能助。但是假如人類給火星安上“人造磁場(chǎng)”,或許又是另一番景象。

        從古人只能借助望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)眺火星,到如今人類探測(cè)器作為先鋒登陸火星,也不過幾百年而已。天馬行空的“激進(jìn)”想法或許在經(jīng)歷幾代人的努力后也會(huì)實(shí)現(xiàn)。

        而現(xiàn)在,背負(fù)人類行星際探索使命的“天問一號(hào)”“毅力號(hào)”和“希望號(hào)”正在奔向火星的太空征程中。

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