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系外行星可以帮助我们了解行星如何制造磁性

2023-08-09 12:39阅读：

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系外行星可以帮助我们了解行星如何制造磁性
一个可能有它自己磁场的遥远岩石世界的新观测可以帮助天文学家了解包缠我们太阳系行星的看似随意的磁场。

ASTRONOMY
系外行星可以帮助我们了解行星如何制造磁性
银河系充满了可能制造它们自己磁场的外星世界------天文学家只需要来找到它们。Allison Li/Quanta Magazine
ByJonathan O'Callaghan
Contributing Writer
August 7, 20
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系外行星可以帮助我们了解行星如何制造磁性

几十年来，天文学家一直被行星磁场困惑。在我们自己的太阳系中，没有解释哪些世界产生这些磁鞘的规则：例如，地球有一个，但它的姊妹世界------金星-----没有。
天文学家怀疑来了解磁性的秘密的最好方法之一可能是来研究环绕其他太阳的世界。麻省理工学院干草堆天文台研究系外行星的天文学家玛丽南普说，通过收集系外行星磁场的数目普查，研究人员可以确定是否它们是其他世界的共同特征。这样做将帮助将我们的太阳系放进上下文中并解决一些持久的好奇性。
纳普说，“地球对金星是一个好的例子------两颗大小相似、成分相当相似但按磁场却大不相同的行星”。
来建立这样的数目普查和甚至发现系外行星磁场一直是一个挑战，因为这些场是微弱的和难来探测的。但在四月份，两个独立的团队发现了一个似乎是被一颗围绕一颗大约12光年外小和暗淡的红矮星的岩石行星产生的磁场的签名。这颗叫YZ Ceti b的行星比地球略更小，对我们所知道的生命可能太热。然而，在一个岩石星球上发现一个磁场可以告诉我们更多关于磁场如何形成以及它们如何影响一颗行星的演化------甚至它对生命的适合性。

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抽象导航承诺的科学和数学中的想法。与我们一起旅行并加入对话。
巴克内尔大学的天文学家团队的一个成员佳吉为维拉森说，“我们从我们的太阳系知道，磁场在影响行星如何随着时间失去或保留它的大气层中起一个重要角色，我们正试图回答这个问题：在地球一样行星上强大的全球磁场多常见呢？”
无线电信号
在我们的太阳系中，地球和四大行星------木星、土星、天王星和海王星------有显著的磁场。水星只有一个微弱的磁场，而火星在过去很可能有过一个更强健的磁场，这因不完全理解的原因它失去了。
行星磁场被一种叫发电机的引擎产生，该引擎被从在一个行星核中搅动的熔融金属建成。这种搅动产生驱动一个磁场的电流。在地球和四颗气态巨行星上，这个过程足够强大来围绕行星形成一个保护茧，偏转否则吹走行星的大气层的带电粒子。

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Merrill Sherman/Quanta Magazine
加拿大女王大学的天文学家阿燕比思瓦斯说，“磁场就像一个屏蔽辐射的屏障一样行为，对生命它们是非常重要的”。
科学家怀疑，在已知的5000颗系外行星中许多有磁场，但探测它们是另一回事。在1970年代，天文学家推测了当一颗行星磁场与行星的宿主星相互作用时，它可能产生一个由被称为极光发射的恒星发射的低频无线电波的可观测到的峰值。从地球上看这些尖峰的时间将依靠一颗行星的在它的轨道跋涉中的位置------它们就像一个周期性的指纹一样，间接的揭示行星的存在。
康奈尔大学的天文学家杰克特纳说，甚至在1992年首次发现系外行星之前， “人们就认为这将对寻找系外行星是一个真的好方法”。
这项技术证明了困难的，在现在之前没有系外行星磁场的铁定的探测，但一直有承诺的候选者。
亚利桑那州立大学的天体物理学家艾薇根亚施考尔尼克及其同事用来自四颗热木星------靠近它们的恒星环绕的巨型行星------的大气层数据来在2019年获得一个磁场的暗示。2021年，由特纳领导的一个团队用在荷兰的低频阵列（LOFAR）望远镜来探测被联系到距离地球51光年的牧夫座（Tau Boötes）系统中的一个行星磁场的无线电信号。2021年晚些时候，巴黎天体物理研究所的罗福提本佳菲尔及其同事探测到从一颗叫HAT-P-11 b的海王星一样的行星的紫外线发射，距离地球123光年，这提示这颗行星的磁层。
但没有一个探测是确定的 ------也没有一个是岩石行星。

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巴克内尔大学的天文学家佳吉·维拉森（Jackie Villadsen）正在研究岩石系外行星上的磁场。By Emily Paine/Bucknell University
打电话回家
2017年，天文学家准确地发现了他们已经假设了近50年的间接观测类型需要的系统。三颗岩石行星环绕红矮星YZ Ceti，一个宇宙石头的扔出去。该系统到我们自己的接近使它的行星成为方便的目标------特别是最里面的行星YZ Ceti b，此外，红矮星通常比像我们太阳一样恒星有更强的磁场，这使来识别一颗环绕行星磁场的指纹更容易。维拉森说，“这是发现满足这些标准的第一批系统之一”。
现在，两个团队已经折腾出被YZ Ceti b制造的一个磁场的证据。两个团队都发现了周期性的无线电波的爆发，这似乎是当YZ Ceti b在它的围绕恒星的两天轨道上到达类似点时发生的。其中一个团队-----维拉森的------用新墨西哥州的非常大阵列检测到了告密的无线电指纹。维拉森说，“我们算出了这颗行星会需要一个类似于地球的磁场强度来造成这种无线电波的亮度”。
包括比思瓦斯在内的另一个团队不久后发布了他们的结果。该小组用在印度的巨型米波射电望远镜做出了类似的周期性无线电尖峰的观测。比斯瓦斯说，“我们99%确定[信号]正来自这颗行星”。

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阿燕比思瓦斯（Ayan Biswas）及其同事探测到来自系外行星YZ Ceti b的磁场指纹。Courtesy of Ayan Biswas
施考尔尼克说， 结果是承诺的，她没有参与这两项研究。她说，“我还不考虑这是一个确认，但它是非常建议的”。一个更明确的探测将需要更多的恒星和周期性的无线电尖峰的观测。她和其他人希望能对特拉皮斯特-1（TRAPPIST-1）系统尝试类似的观测，该系统由七个地球大小的世界环绕一颗距离地球40光年的红矮星或甚至是红矮星比邻星组成，这是离地球最近的恒星，距离地球4.25光年，宿主一颗（可能的）岩石行星。
前往月球
发现系外行星磁场对了解它们多普遍的以及行星如何制造磁性是至关重要的。荷兰莱顿大学的天文学家罗伯特·卡瓦纳（Robert Kavanagh）说，“我们真的关于在行星上这些东西如何产生没有一个惊人的理解”。
在我们的太阳系中，一个发电机似乎是关键。但一个发电机可能不是来产生行星磁场的唯一方法，特别是在“超级地球”中------质量介于地球和海王星之间的世界------这是迄今为止发现的最常见的系外行星类型之一。罗切斯特大学的行星科学家中岛三木正在调查是否一颗行星内部的热波动可以在有熔融内部但缺乏固体的一个核世界中做这项工作。她说，“我对是否一个岩浆海洋能产生一个磁场感兴趣”并指出“岩浆海洋在超级地球中应该相当常见”。

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但天文学家说，需要新技术来将搜索从一次性检测转变为他们希望的数目普查类型。
南普正工作在上的一个想法是GO-LoW，它将用一个数千艘小型航天器来研究来自系外行星的无线电波。另一个想法是FARSIDE，这是来自美国宇航局提出的一个将放置在月球背面的无线电阵列，不受来自地球的无线电干扰。如果这些项目中的任何一个结硕果，天文学家可能解决这些持久的秘密------ 或者发现一个甚至更令人费解的非地球的乐趣宝库。
南普说，“我们会找到有木星大小场的地球还是有地球大小场的木星？我不知道，但我真的很喜欢来找出” 。
https://www.quantamagazine.org/exoplanets-could-help-us-learn-how-planets-make-magnetism-20230807/

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