水星的巨大铁芯从何而来？

水星的结构示意图。

长久以来，科学家们一直认为，在太阳系的形成过程中，水星与其他天体的碰撞使其大部分岩石地幔都消失了，留下了内部巨大、致密的金属核心。《地球与行星科学进展》杂志当地时间7月2日报道，美国马里兰大学地质学教授William McDonough和日本东北大学研究人员Takashi Yoshizaki建立了一种新模型。模型显示，实际上，岩石行星内核的密度、质量和铁含量受其与太阳磁场距离的影响。“太阳系的四颗内行星，水星、金星、地球和火星，是由不同比例的金属和岩石构成的。”McDonough教授说，“行星距离太阳越远，内核中的金属含量越低。我们通过展示早期太阳系中太阳磁场控制下的行星材料的分布，解释了这种梯度的产生机制。”

新模型显示，在太阳系的早期形成过程中，年轻的太阳被一团旋转的尘埃和气体所包围，铁颗粒被太阳磁场吸引到中心。当尘埃和气体团块开始构成行星时，距离太阳较近的行星内核中吸收的铁，比距离太阳较远的行星更多。研究人员强调，在岩石行星核心中，铁的密度和比例与行星形成过程中围绕太阳的磁场强度有关。因此，在未来描述岩石行星（包括太阳系外的行星）的组成时，不能忽略磁场因素。

行星内核的组成对于维持生命非常重要。例如，对地球而言，熔化的铁芯创造了磁层，保护地球免受致命宇宙射线的伤害。此外，地核中还含有大量磷，而磷是延续碳基生命的重要营养物质。

McDonough教授将太阳产生的磁场考虑在内，计算出了磁场吸引铁穿越尘埃和气体云的方式。当早期的太阳系开始冷却时，没有被吸向太阳的尘埃和气体逐渐汇聚在一起，距离太阳更近的团块暴露在更强的磁场中，因此含铁量更高。当这些团块合并并冷却为行星时，引力作用将铁吸入了它们的内核。

McDonough将模型纳入行星形成计算之中，结果与科学家对太阳系行星的认知完全相符——水星的金属内核质量约占其质量的四分之三；地球和金星的内核质量只占总质量的三分之一；而最外层的火星的内核质量，仅占其质量的四分之一左右。

有关磁性在行星形成过程中所起作用的新发现，对系外行星研究造成了困扰，因为科学家目前还无法从地球上观测并确定恒星磁性。不过，他们能根据太阳辐射光谱推断出系外行星的组成。McDonough说：“我们不能再说，‘哦，这颗恒星的组成是这样的，那么它周围的行星一定是那样的。’现在，考虑到太阳系早期恒星的磁性，我们必须承认，每颗行星都或多或少含有铁。”

编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《地球与行星科学进展》

期刊编号：2197-4284

原文链接：https://phys.org/news/2021-07-mercury-big-iron-core-magnetism.html

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