麦克唐纳研究论文

科学家最近研究发现，原来水星内部来历不明的巨大铁核，可能跟太阳的磁场有着密切的关系。

水星是太阳系八颗行星中最小的行星，也是距离太阳最近的行星。 水星最里面的富铁核心占水星体积的50%至88%，其半径占水星半径的75%至85%。

麦克唐纳说：“一颗恒星的成分是这样的，所以它周围的行星也一定是这样的。根据太阳早期的磁力，太阳系中的每颗行星都不同程度地含有铁。”

太阳系最里面的四颗行星——水星、金星、地球和火星——由不同比例的金属和岩石组成。 随着行星离太阳越来越远，它们核心中的金属含量也会减少。这是一个阶梯变化。

根据科学家的研究结果，水星上的铁含量最高，他的铁核占总质量的75%。 而地球的铁核才占地球总质量的三分之一，到了距离太阳最远的火星，铁核仅占到了总质量的四分之一。

对于水星为什么有一个大铁核的问题，一直存在有一个错误的答案。几十年来，科学家们一直认为，当水星与我们太阳系中的其他天体相撞时，它会撞走大部分的岩石地幔，从而只留下了巨大且致密的大铁核。显然，这种推论不能形成理论，我们还需要更科学、更合理的解释。

铁核是怎样形成的？

研究人员发现，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。

2021年7月2日，马里兰大学地质学教授威廉麦克唐纳和东北大学龙吉崎在《地球与行星科学进展》杂志上发表论文，其中明确指出大铁核不是由于碰撞造成的，而是由太阳的磁力引起的。

麦克多诺的新模型表明，在我们太阳系的早期形成期间，年轻的太阳被旋转的尘埃和气体云包围时，太阳磁场将铁粒子吸引到中心。

当行星开始由这些尘埃和气体团块形成时，离太阳较近的行星比离太阳较远的行星在其核心吸收更多的铁。

随着早期太阳系开始冷却，未被吸入太阳的尘埃和气体开始聚集在一起。 靠近太阳的团块暴露在更强的磁场中，因此比远离太阳的团块含有更多的铁。 当这些团块合并并冷却成旋转的行星时，引力会将铁拉入它们的核心。

在太阳系中行星形成后，太阳磁场逐渐将铁吸引到太阳系的中心区域，与太阳磁场的接近程度决定了行星的内部组成。这就解释了为什么距离太阳最近的水星比其他岩石行星拥有体积、密度更大的铁核。

什么是太阳磁场？

太阳的质量占太阳系的98%。它与地球相似，也有一个磁场。 太阳磁场是太阳与行星际空间之间的磁场 。太阳的状态、运动和演化与磁场密切相关。

由于局部活动区磁场的干扰，太阳磁场仅在极地地区更为明显，不如地球磁场完整。

太阳磁场主要在光球层、色球层和日冕下层，而日冕内外都很弱。

太阳磁场也渗透行星际空间，形成行星际磁场。

太阳磁场与行星磁场相互作用，对行星施加两种相反的吸引力和推进力。

离太阳越远，太阳磁场的强度就越大，推动力和吸引力也越大。

这样，当行星接近太阳时，引力增加，公转速度增加。

反之，离太阳越远，太阳磁场的强度越小，作用在行星上的力越小，行星的公转速度就会减慢。

行星磁场的极性与太阳的整体磁场一致，随着与太阳距离的增加而减弱。

太阳磁场的强度经常会发生变化，甚至会突然反转极性。

一旦太阳整体磁场的极性切换，行星际磁场的极性将立即改变。

随着太阳磁场向外扩展，其强度会越来越弱。

关于太阳磁场是怎么来的，有人认为现存的磁性是数十亿年前形成太阳的物质遗留下来的，也有人认为太阳磁场是通过带电物质的运动导致中子磁场被放大的结果。

磁场对铁核影响的过程？

由于太阳向外界释放能量，这些能量最初以电磁波的形式释放。

但是，在三元平衡定律的影响下，这些电磁波在释放的瞬间就会形成电子、质子、中子、原子等高能粒子。这些高能粒子也将被释放到太阳周围的各个地方。

这些高能粒子中的大部分都带有一定的电荷。当太阳释放这些高能粒子后，又遇到具有强磁场的行星时，由于磁场的作用，这些磁场会形成改变带电粒子轨迹的力。

这种力与行星的引力相结合，最终将捕获一部分带电粒子。

由于太阳内部有电磁波，所以当同方向运动的电子形成其他质量较大的粒子时，它们也会自然而然地具有一定的初速度。

对于质量较大的粒子，其形成过程相对复杂，因此这些粒子在太阳内部产生后，往往保持相对较小的初速度。

这种较大质量的粒子也会受到太阳较大引力的影响，从而逐渐降低这些较大质量粒子远离太阳的速度。

最终的结果是，这些质量较大的粒子更有可能聚集在离太阳更近的地方，聚集的粒子围绕太阳公转。

如果这些质量较大的带电粒子远离太阳的动能较小，当突然受到行星引力和磁场产生的力时，那这些较大质量的粒子就比较容易被这样的行星所捕获。

这种质量较大的粒子可能是比较复杂的原子。

较复杂的原子与电子结合后，会形成一些较重的元素。

这也解释了为什么靠近太阳的行星通常是密度更大的固体行星了。

这项工作的下一步是让科学家们找到另一个类似于太阳系的行星系统，那是一个由离恒星更远的岩石行星组成的行星系统。

如果这些系外行星的密度随着它们从太阳向外辐射而降低，就像在我们的太阳系中一样，那么研究人员就可以证实这一新理论了，并能推断出恒星磁场会影响行星的形成。

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“凤凰星团的神话是，它可以用凤凰涅槃来形象地比喻和描述这个再生的天体。”麻省理工学院研究员迈克尔·麦克唐纳说。作为发表于8月16日《自然》杂志上该研究论文的第一作者，麦克唐纳认为，当大多数星团中心的星系已经死掉几十亿年之后，其实这个星团的中心星系看上去已经复活了。这种光线在到达地球时已经在宇宙中传播了140亿年，如果它在行进过程中通过巨大的星团，那么它的一个微小部分会变得散乱而获得更高的能量，即SZ效应。“SZ效应对于宇宙学的好处是，让我们就近探测星系簇团变得容易。”参与研究的芝加哥大学教授约翰·卡尔斯姆说，“效应的大小取决于观测物的多少，而不是其离地球的远近。”像其他星团一样，凤凰星团也包含一个巨大的高温气体库，以及比其他星团更多的常态物质。从这个高温气体库中散发的气体可以使用X射线检测到。这些气体随着时间而变冷却，并沉积到星团的中心，从而形成数量巨大的星体。然而，星团中的中心星系在过去几十亿年中几乎没有形成星体。天文学家们认为，这种存在于星团中心星系、质量极大的黑洞，将能量抽入系统，通过阻止气体变冷使得星体形成的大爆炸难以发生。著名的英仙座星系团就是一个例子，从其黑洞咆哮而出的能量阻止了气体变冷，从而阻止了高速率的星体形成。当黑洞不能产生足够的能量喷射阻止气体变冷时，凤凰星团中心就开始形成星体，这些星体形成的速度比英仙座星系团要快20倍。这个速度不仅在目前所见的星团中心是最快的，并且，也是宇宙中最快的。凤凰星团中星体诞生和气体冷却的疯狂速度，同时引起星系和黑洞质量的快速增加。事实上，星系和它的黑洞处于膨胀之中，但这种急剧膨胀难以持续1亿年以上，否则，星系和黑洞在其邻近的宇宙中将变得比其相对物更大。凤凰星团和它的中心星系及超大黑洞，是迄今发现的此种类型中最大的。星团因其超大的体积，已成为人类研究宇宙和星系进化的重要对象。