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大气层|揭秘：年轻行星如何保持大气层和水循环？

硅酸盐发电机可以驱动更多、更年轻的行星的磁场 。 系外行星科学和天体生物学花了相当多的时间来研究岩石行星是如何进化的 。 在某种程度上 ， 这是为了探索如何解释一些非常基本的数据 ， 比如行星质量和测量半径 。 这同样也是为了解释大气成分的测量数据 ， 这些数据我们才刚刚开始可以得到 。 但也许最重要的是 ， 我们想知道一个世界如何能够支持类似地球生命的环境 。
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一个关键因素是一个星球能在多大程度上维持一个富水的表面环境 ， 以及相关的水分循环 。 尽管制造出富含水的岩石行星可能并不困难 ， 但让它们保持住水可能是一个棘手的问题 。
一个重要的原因是大气损失 。 像在地球这样的行星上 ， 如果水分子在大气层中上升得足够高 ， 它们就可以通过紫外线分解成氢和氧 。 氢很轻 ， 很容易永远消失在太空中 。 因此 ， 原始的水分子不能再发生变化 ， 而地球一次只干燥一个分子 。 以紫外光、太阳风中的质子或日冕物质抛射的可怕风暴形式出现的恒星活动 ， 会使大气损失—尤其是氢—达到一个严重的水平 。
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图解：日冕物质抛射
正是由于这个原因 ， 天文学家和系外行星科学家一直在努力更好地了解最低质量恒星(M -矮星)的行为 。 这些恒星是我们银河系中数量最多的 ， 它们有行星 ， 这些行星的名义宜居轨道距离接近这些非常低光度的物体 。 但是M -矮星在活动时脾气暴躁是出了名的 。 坦率地说 ， 他们是令人讨厌的小混蛋 。 因此 ， 人们怀疑 ， 对于像地球一样多岩石的世界来说 ， 随着时间的推移 ， 维持它们的水资源预算可能是非常具有挑战性的 。
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强大的行星磁场的存在可能会有所帮助 。 它可能不能解决所有问题 ， 但它似乎可以通过降低大气损失率来减轻来自恒星宿主的带电粒子辐射的一些影响 。
但是行星多久才能维持必要的地发电机(导电材料的内部循环)来应对某种全球磁场?答案是我们真的不知道 。 但是由斯蒂科斯鲁德（Stixrude）, 希皮奥内（Scipioni）和德斯贾莱斯（Desjarlais）发表在《自然》杂志上的一项研究支持了一种机制 ， 这种机制可能已经在一个非常年轻的地球上运行 ， 延伸到其他年轻的岩石行星上 ， 也许还有更大的超级地球世界 。
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简而言之 ， 在地球上 ， 有证据表明大约34亿年前存在一个全球磁场 。 但在此之前 ， 尚不清楚富含铁、导电且仍然非常热的核心物质是如何产生必要的对流环流模式的地发电机 。 但现在看来 ， 核心周围的熔融硅酸盐层具有足够的导电性(比一般条件下的导电性高出100倍) ， 并且经历了必要的冷却和对流动力学过程 ， 从而产生了磁场 。
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这种位于年轻地球基底岩浆海洋中的硅酸盐发电机可能在最初的大约10亿年里“填补空白” ， 直到铁质外核能够接管 。 从而帮助地球保持大气层和水 。
进一步说 ， 类似的硅酸盐发电机可能存在于其他年轻的岩石行星中 ， 包括那些饱受M-矮星轨道折磨的行星 。 此外 ， 更大的超级地球可能有更多的内部岩浆海洋 ， 因此更能产生硅酸盐发电机和磁场 。
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复杂的是 ， 硅酸盐发电机的场的形式可能是不同的 ， 因为它产生在一个较浅的循环材料区域 。 也许结果并不是一个类似于偶极子(南北)的磁场 。 但对地球的古地磁研究可能会揭示一些线索 。 无论如何 ， 基于对行星过去的假设 ， 认为它们不是寻找其他地方生命迹象的目标似乎还为时过早 。 弹出磁屏蔽的方法可能不止一种 。
作者: Caleb A. Scharf
FY: 迷迭香
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