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火星卫星|火星在什么时候失去它的全球磁场？

数亿年以前的火星 ， 是一个与现在寒冷干燥的火星相比所不一样的星球 。 简单来说 ， 它有一个厚且温暖的大气层 ， 并且地表有液态水流动 ， 甚至可能存在过生命！火星拥有如此环境的原因是 ， 火星与地球一样有着由地核活动产生的行星磁场 。 然而 ， 当火星的磁场消失后 ， 它的环境便发生了急剧地变化 。
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数年来 ， 科学家们都认为火星的磁场在40亿年前就消失了 ， 磁场的消失导致火星的大气层被太阳风慢慢地吹走 。 根据不列颠哥伦比亚大学（UBC）指导下的最新研究 ， 该研究为“火星的大气层是何时消失的”提出了新的界限 。 研究表明 ， 火星磁场存在的时间与人类以往的认知相比要早 ， 持续存在的时间要长数亿年 。
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研究报告详细述说了研究人员的发现 ， 这个研究由一位不列颠哥伦比亚大学（UBC）地球、海洋与大气科学系的博士后研究生安娜?米特霍尔兹（Anna Mittelholz）指导下完成 ， 被刊登在《科学发展》期刊上 。 行星科学协会（PSL）的高级科学家卡特琳娜?约翰逊（Catherine Johnson）和一个全球性团队的研究人员也加入了安娜?米特霍尔兹的研究队伍 。

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图解：在一段时间里 ， 火星拥有一个和地球相似的磁场 ， 它保护了火星的大气层免于被吹走 。 图源：美国航空航天局（NASA）

像地球一样 ， 火星的全球磁场被认为是其地核内部活动产生的发电机效应的结果 。 当地核中的液态外核环绕在固态外核周围时 ， 发电就会产生 ， 环绕的方向与火星自转的方向相反 。 不幸的是 ， 磁场的消失导致火星的大气层在随着时间的推移下被剥落 ， 大气层逐渐变得像今天一样薄 。
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【火星卫星|火星在什么时候失去它的全球磁场？】科学家们把这种情况归因于火星较低的质量和密度（相对于地球而言） ， 这样的结果是火星内部冷却的速度更迅速 。 它使火星的外核变成固态 ， 从而阻碍火星的发电机效应 。 同时 ， 由于火星内部的压力太低以至于无法凝固 ， 它的内核被人们认为是处于一个液体的状态 。
过去 ， 科学家们依靠火星地表上和地表下的磁石进行研究 ， 以此来重新构建火星磁场的历史 。 其中 ， 科学家们着重依靠火星上的火山岩进行研究 。 这种类型的岩石起源于火星的地幔 ， 它们随着火山运动被带上地表或者是重新回到地表 。 当岩浆暴露在地表并冷却后 ， 岩石内部的矿物使岩石自身与全球磁场处于同一线条上 。
科学家们在检查完地表岩石的磁化样本后发现了一个在43亿和42亿年前之间活跃的发电机 。 然而 ， 从成形于39亿年前的希腊（Hellas Basin）、阿盖尔（Argyre Basin）和伊希地（Isidis Basin）三个大盆地中取得的岩石样本却让科学家们得出这段时间没有活跃的发电机的结论 。
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不过 ， 在分析完从美国航空航天局的火星大气层和挥发进化的马文号（MAVEN）轨道飞行器中获得的新数据后 ， 一个不同的图像展现在研究团队面前 。 正如米特霍尔兹在最新的不列颠哥伦比亚大学报纸所解释的：“我们发现火星的发电机在45亿年前（4.5GA ， GA是地质学时间单位 ， 1GA=10亿年）和37亿年前已开始运作 。 发电机运作的时间是火星演变的一个重要部分 ， 然而我们的发现远不同于我们目前的认知 。 发电机会告诉我们一些关于火星的热历史、进化进程的知识 ， 以及火星是如何变成今天的样子的 ， 这对于每一个类地行星而言 ， 如地球、木星、金星、水星 ， 它都是独一无二的 。 ”

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图解：火星与马文号的图片 。 图源：美国航空航天局

过去关于火星上磁力的数据是由火星全球勘测卫星（MGS）收集而来的 ， 它在1999年至2006年间围绕这颗红色星球的轨道运行 。 在很大程度上 ， 这次的NASA任务是在距离火星地表400公里（250英里）的地方进行观察 。 马文号任务在2014年开始围绕火星轨道运转 ， 自从它在距离火星地表135公里(84英里)的距离运作开始 ， 它便能够接受到微弱的信号 。马文号的新数据使科学家们发现了一个清晰证据 ， 这个数据是来自卢卡斯平原上熔岩流的磁场 ， 这个熔岩形成于37亿年前 ， 熔岩流展示了火星磁场的证据 。 这说明火星磁场仍然存在的时间比其他地区先前提出时间要持续的更久 。


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