火星磁場

火星的地殼磁場強度如同其地表形貌，具有南北半球的差異：相對於北半球，南半球擁有較強的磁場，因此一般相信，地殼磁場與造成南北半球地形不對稱的成因有關。科學家認為產生南北不對稱地貌有兩種可能：一為隕石撞擊北半球，二為早期火星內部的地幔對流。過去相信，在隕石撞擊北半球時，同時將地殼消磁、造成磁場強度分佈的不對稱。加拿大科學家Sabine Stanley的研究小組認為，雙面磁場也有可能產生於南北半球不對稱的發電過程，並不需要額外的消磁事件。

NASA的新發現表明火星的絕大部分區域都存在條狀的磁性部分。其中磁信號最強的是南部高地，其他區域也存在有磁效應。另外，北部低地和Tharsis火山區是兩個最明顯沒有磁性的地方。

科學家們認為，火星在最初形成的5-10億年時間裡會在其內核處產生強磁場，然後就像地球磁場一樣重複交換磁北和磁南。但是一旦等到火星內核冷卻下來之後，其"磁發電機"也就慢慢停止運作了。

火星"磁發電機"運作過程中噴射出來的被熔化岩石保持住了磁場的極性，但磁化的岩石也不可能永遠保持相同的磁場模式。因為如果利用一個晚上把岩石加熱到600攝氏度就能消除其磁記錄，而火星在漫長的100萬年間只需加熱到300攝氏度就能做到這一點。

也許在火星Tharsis火山區和北部低地就發生了類似情況，因為Tharsis火山區的火山活動頻繁，而北部低地則經常有大規模的熔岩泛濫。因此，這兩個區域的磁性屬於磁性空白點。

研究還另外發現有一種特有的磁模式從東到西貫穿於火星的子午線台地（Terra Meridiani），這種重複式的磁模式與地球中大洋脊（海底擴張處）的磁模式相互作用，在海底擴張中心的每側都留下了一個鏡像。

來自美國宇航局戈達德航天飛行中心的研究人員們根據5.5個地球年的資料數據，製成了一部關於古代火星磁性的新地圖。研究結果顯示，古代火星的磁性遠比科學家們之前所認為的更強，而且可能更加活躍。這一發現還為地球最初5億年期間的板塊構造學說提供了有利的證據。

研究小組負責人、NASA戈達德航天飛行中心成員Jack Connerney指出，這是人類有史以來第一次發現這些有趣的地質作用，而且他們已經相信整個火星的表層都是有磁性的。研究人員利用1997年9月進入火星軌道的“火星環球測量者”宇宙飛船上的磁力計來測量相關數據。

研究小組早期的調查顯示，火星南部高地具有的條狀變極性磁性部分，就跟地球上臨近海底擴張區域的情況十分相似。但是火星的其他區域還沒有可靠證據證明存在磁性部分。

隨著海底擴張的持續進行，在地殼壓力的作用下出現了轉換斷層。而這種磁模式也在被轉換斷層錯斷了的大洋中脊處產生變化。在地球上，大型的轉換斷層可以跨越整個太平洋板塊，約為1200-1300千米（750-800英里）。

火星磁場消失之謎有新解：行星撞擊是元兇

據國外媒體報道，火星磁場到底是如何消失的？來自加拿大多倫多大學的賈法爾·阿爾卡尼-哈梅德日前就該問題提出了一種新的觀點。阿爾卡尼-哈梅德認為，一顆曾在火星附近運行，後來又與之發生碰撞的較大小行星是導致火星磁場消失的真正原因。

在40億年之前，剛形成不久的火星也曾擁有過磁場，而且其強度還與地球磁場非常相似。不過，火星磁場在存在了不長的時間后便神秘地消失了。

在解釋火星磁場消失的各種觀點中，最主要的一種認為：隨著火星核的冷卻，其中液態金屬的對流逐漸減弱，最終導致了磁場的消失。

為了揭開火星磁場消失的秘密，阿爾卡尼-哈梅德與同事們設計了一套新的計算機模型。他們認為，要想解釋磁場消失的原因，首先應查清它是如何出現的。

加拿大科學家表示，當年推動火星液態核心內金屬流運動的力量並非來源於火星內部，而是來自一顆被年輕的火星所俘獲的大型小行星。

根據阿爾卡尼-哈梅德等人的計算，在太陽和木星的聯合作用下，這顆小行星可能曾沿一條穩定的軌道繞火星飛行，兩者之間的距離約10萬公里。不過，在火星引力的作用下，該小行星開始逐漸地向火星靠近。當兩者的距離接近到5－7.5萬公里時，小行星所產生的引力已足夠打破火星核內部原有的平衡，並誘發其中金屬流的運動，進而產生出磁場。小行星在火星上誘發磁場的過程持續了大約5000－15000年。

在此之後，小行星仍在不斷地向火星靠近並使後者的磁場又維持了數百萬年的時間。阿爾卡尼-哈梅德認為，如果該小行星的自轉方向與火星的保持一致，或者其沿相反的方向繞火星旋轉，那麼火星磁場還有可能維持更長的時間。

最終，在火星引力的作用下，這顆小行星發生了分裂，有此產生的大量碎片落向火星並孕育出了一些龐大的環形山。

隨著小行星的解體，火星磁場也隨之消失了（確切地說，應是減弱為原先的數百分之一）－－火星核內部原有的對流現象太弱，不足以孕育強大的磁場。

而磁場的消失可能還在火星氣候變化的過程中發揮了極其重要的作用。據科學家們估價，在磁場消失后，火星的氣候逐漸由原先的溫暖濕潤變得寒冷乾旱。

當然，也有專家指出了在阿爾卡尼-哈梅德等人理論中存在的一些瑕疵。有學者就認為，火星是否能捕捉到一顆足以對其內核運動產生影響的大型天體，是非常值得懷疑的。

沒有磁場保護，火星將暴露於太陽風的完全灼燒下，太陽風是太陽噴射的持續帶電粒子流，它將緩慢地侵蝕火星大氣層，直至將大氣層削弱成僅包裹著氣體殘留物為止。隨後惡劣的氣候變化將很快到來，從而促進火星表面逐漸轉變成現今的荒蕪模樣。

羅伯茨稱，雖然類似的小行星碰撞產生的破壞力也足以摧毀地球磁場，但要摧毀地球磁場，還需要遭受比火星上更巨大的小行星碰撞。

地球地幔厚度是火星地幔的兩倍，並且地球內核的攪動更加頻繁，因此很難摧毀地球上的磁場。金星也缺少全球範圍的磁場，但是科學家們認為這是由於金星地幔較乾燥和僵硬，因此很難導致熱量流通循環。

瑞士科學家們通過實驗室模擬實驗得出結論稱，數億年前就消失了的火星磁場不久后將再次恢復。據《新科學家》雜誌報道稱，科學家們研究發現，火星的部分內核被熔化是導致火星磁場消失的主要禍首。

以瑞士聯邦工學院(位於蘇黎世)的安德魯-斯圖阿爾特為首的瑞士科研小組通過模擬實驗成功再現了火星內核部分地區的壓力和溫度。在此次模擬實驗中，科學家們利用填充了鐵、鎳和硫混合物的金剛石密封艙，它的壓力被調節到了40兆帕斯卡。通過實驗，研究人員成功發現，在火星內核溫度達到1500開氏度時，密封艙內的混合物應該處於液態狀。不過內核外層會出現固化現象。當然，只有在火星內核中硫的含量不超過10.6%時才會出現上述現象。科學家們稱，這可以解釋火星的磁場為何消失了，同時也可以解釋地球的磁場為何至今仍然存在。科學家們認為，地球磁場之所以至今依然存在，就是因為地核內部是固態的。固態地核內層與被熔化了含大量鐵的外層相互摩擦便產生了地球磁場，其工作原理類似於直流發電機。

科學家們表示，如果火星內核被熔化了的部分能夠重新結晶變成固態形式，那麼消失已久的火星磁場還將再次出現。

火星大氣層流失之謎和地磁場減弱的風險

地磁極反轉首先能引發強烈的構造運動。熱能積累在外核導致地核膨脹，脹裂地幔，核幔邊界的地幔熱流———熱幔柱順勢上升，形成地表巨大火山區。這是中生代溫暖期火山頻發與異常的靜磁帶(地磁極性長期不變帶)對應的原因。其次，地磁極性反轉會產生一個地磁強度為零的時期。大家知道地球生物曾經發生過大滅絕的現象，比如某些有孔蟲在幾百萬年前之突然全部滅種、中生代恐龍之突然滅絕等，但同時一些其他種類的動物突然出現，比如哺乳動物，這些突變都與地磁反轉在時間上有吻合之處。是否是由於失去地磁的保護，太陽風的高能粒子橫掃地球表面導致生物滅絕？這值得我們研究，特別是零磁場與生物演進的關係。

太陽風由太陽釋放，以每秒200公里至800公里的速度向太陽系運動，是一種持續存在的等離子體流。在地球磁場作用下，太陽風難以抵達地球大氣層。也就是說，地球磁場對大氣層起到保護作用。相比之下，火星缺乏這種磁場，以致大部分大氣層被太陽風“吹走”。

行星大氣層的消失不僅與行星磁場有關，而且與行星軌道偏心率有關。我們發現，金星、地球、火星、水星的軌道偏心率分別為0.007、0.017、0.093、0.206，大氣濃度分別為濃密、標準、稀薄、極其稀薄。兩者成反比的原因是，較大的軌道偏心率使行星在接近太陽時像彗星一樣丟失一部分大氣。地球軌道偏心率在冰期時增大為0.0607，使大氣濃度和二氧化碳濃度變低，降低了對地球表面的保溫作用，導致10萬年周期致冷作用的增強。由於地球軌道偏心率10萬年周期項振幅不到近日點進動2萬年周期項振幅的一半，其引起10萬年冰期周期的作用受到質疑。大氣濃度變化、地殼均衡運動和強潮汐變化三種作用能增強10萬年周期作用，給出10萬年冰期周期的合理解釋。