火星磁場之謎可能最終會得到解答——科學家們現在認為這顆紅色星球的古老磁場僅存在于其南半球。一項新研究表明，這種奇異的不平衡可能是由于核心熔融和內部加熱不均勻，從而產生了強大且不平衡的磁場。這顛覆了之前關于火星類似地球的假設，將火星描繪成一個由內部深處塑造的世界。

基于德克薩斯大學地球物理研究所領導的一項研究的數據，對早期火星單側磁場進行了計算機模擬。這項研究或許可以解釋如今在火星上發現的異常磁印。圖片來源：Ankit Barik/約翰·霍普金斯大學

火星和地球一樣，曾經擁有強大的磁場，保護其厚厚的大氣層免受太陽風的侵襲。如今，磁場已經消失，但其痕跡仍殘留在火星地殼中。多年來，困擾科學家們的問題是，為何這些磁場殘留物大多出現在南半球。

現在，德克薩斯大學地球物理研究所（UTIG）的研究人員或許找到了答案。他們的新研究表明，火星磁場可能僅存在于火星的南半部。

德克薩斯大學地球科學研究所和杰克遜分校地球科學學院的研究員、該研究的主要作者 Chi Yan 表示，這種不均勻的、或者說半球形的磁場與如今地殼的磁場模式相似。這也意味著，與地球的全球磁場不同，火星古代的磁場可能是不平衡的。

據Yan介紹，一種解釋是火星當時有一個完全液態的核心。

“這里的邏輯是，由于沒有固體內核，更容易產生半球形（單側）磁場，”Yan說。“這可能對火星古老的發電機以及它能夠維持大氣層多久產生影響。”

美國宇航局“洞察號”探測器示意圖。著陸器的儀器發現火星可能擁有完全熔融的內核。根據德克薩斯大學地球物理研究所的研究，這或許可以解釋火星單側磁場的現象。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

在發表于《地球物理研究快報》上的研究中，研究人員使用計算機模擬來模擬這種情況。

到目前為止，大多數對早期火星的研究都依賴于磁場模型，該模型認為這顆紅色星球擁有類似地球的內核，其內核堅固且被熔融的鐵包圍。

美國宇航局的“洞察號”著陸器發現火星核心的構成元素比預期更輕，這啟發了研究人員嘗試模擬完全液態的核心。該研究的共同作者、約翰·霍普金斯大學的彭博杰出教授薩賓·斯坦利表示，這意味著火星核心的熔化溫度與地球不同，因此很可能處于熔融狀態。

斯坦利說，如果火星的核心現在是熔融的，那么幾乎可以肯定，40 億年前火星磁場活躍時，它就已經是熔融的了。

為了驗證這一想法，研究人員準備了早期火星液態核心的模擬模型，并在超級計算機上運行了十幾次。每次運行后，研究人員都會將火星地幔的北半部分溫度設定得比南半部分略高。

最終，北半球較熱的地幔與南半球較冷的地幔之間的溫差，導致從地核逸出的熱量只在行星的南端釋放。通過這種方式，逸出的熱量足以驅動一臺發電機，產生一個集中在南半球的強磁場。

行星發電機是一種自持機制，通常通過熔融金屬核心的運動產生磁場。

斯坦利說：“我們不知道它是否能解釋磁場，所以看到我們可以創建一個（單一）半球磁場，其內部結構與洞察號告訴我們的火星內部結構相匹配，我們感到很興奮。”

據德克薩斯大學伊格納西學院行星研究員道格·海明威 (Doug Hemingway) 稱，這一發現為一種常見的假設提供了一個令人信服的替代理論，即小行星撞擊會消除北半球巖石中行星磁場的證據。

“火星本身就很有趣，因為它在某些方面與地球相似，而且它是我們能想象到的距離地球最近的行星，可以真正地建立家園，”海明威說道，他并未參與這項研究。“但是，火星的南北半球存在著巨大的差異，北半球和南半球的地形、地勢和磁場都截然不同。任何能夠解釋這種不對稱現象的線索都彌足珍貴。”

編譯自/scitechdaily