古老小行星揭开太阳系46亿年前的磁性秘密

“我们发现，现在无论我们看向何处，都有某种磁场负责将物质带到太阳和行星形成的地方，”研究作者、麻省理工学院地球与行星科学系罗伯特·R·施罗克教授本杰明·韦斯说。“这现在也适用于太阳系外的行星。”

该研究的主要作者是EliasMansbachPhD‘24，他现在是剑桥大学的博士后。麻省理工学院的合著者包括EduardoLima、SaverioCambioni和JodieReam，以及加州理工学院的MichaelSowell和JosephKirschvink、哈佛大学的RogerFu、清华大学的白雪宁、高知先进海洋核心研究所的ChisatoAnai和AtsukoKobayashi以及东京工业大学的HironoriHidaka。

大约46亿年前，太阳系由一团稠密的星际气体和尘埃云形成，这些气体和尘埃坍缩成一个旋转的物质盘。大部分物质被引力吸引到物质盘的中心，形成了太阳。剩余的部分形成了旋转的电离气体太阳星云。科学家怀疑，新形成的太阳和电离盘之间的相互作用产生了一个穿过星云的磁场，有助于推动吸积并将物质向内拉，形成行星、小行星和卫星。

曼斯巴赫说：“这个星云场在太阳系形成后大约300到400万年消失，我们对它在早期行星形成中所发挥的作用非常感兴趣。”

科学家此前已确定整个内太阳系都存在磁场——该区域从太阳延伸到大约7个天文单位(AU)，一直延伸到今天的木星所在位置。（一个天文单位是太阳和地球之间的距离。）这个内星云场的强度在50到200微特斯拉之间，它很可能影响了内类地行星的形成。对早期磁场的这种估计是基于降落在地球上的陨石，据信这些陨石起源于内星云。

“但这个磁场延伸有多远，以及它在更远端区域发挥了什么作用，仍然不确定，因为没有太多样本可以告诉我们有关外太阳系的信息，”曼斯巴赫说。

该团队有机会利用龙宫分析来自外太阳系的样本，龙宫是一颗被认为在7个天文单位以外的早期外太阳系中形成的小行星，最终被送入地球附近的轨道。2020年12月，JAXA的隼鸟2号任务将这颗小行星的样本带回地球，让科学家们首次看到了早期远端太阳系的潜在遗迹。

研究人员获取了几粒返回的样本，每粒大小约为一毫米。他们将这些颗粒放入磁力计中——这是Weiss实验室的一款仪器，用于测量样本磁化的强度和方向。然后他们施加交变磁场，使每个样本逐渐消磁。

“就像录音机一样，我们正在慢慢倒带样本的磁记录，”曼斯巴赫解释说。“然后我们寻找一致的趋势，以告诉我们它是否在磁场中形成。”

他们确定样本中没有明显的磁场保留迹象。这表明，要么是小行星最初形成的外太阳系中没有星云场，要么是磁场太弱，小行星的颗粒中没有记录下来。如果是后者，研究小组估计，这种弱磁场的强度不会超过15微特斯拉。

研究人员还重新检查了之前研究过的陨石的数据。他们特别研究了“未分组碳质球粒陨石”——具有在太阳系远端形成的特征的陨石。科学家估计这些样本的年龄不足以在太阳星云消失前形成。因此，样本中包含的任何磁场记录都不会反映星云场。但曼斯巴赫和他的同事决定仔细观察。

“我们重新分析了这些样本的年龄，发现它们比之前认为的更接近太阳系的起源，”曼斯巴赫说。“我们认为这些样本形成于这个遥远的外部区域。其中一个样本确实检测到了约5微特斯拉的正场，这与15微特斯拉的上限一致。”

该更新样本与新的龙宫粒子相结合表明，7个天文单位以外的外太阳系存在非常弱的磁场，但其强度足以将物质从边缘拉进来，最终形成从木星到海王星的外行星体。

“当你距离太阳较远时，弱磁场的影响范围就会很广，”韦斯指出。“据预测，那里的磁场不需要那么强，而这正是我们所看到的。”

研究团队计划利用来自另一颗遥远小行星贝努的样本寻找更多远端星云场的证据，这些样本将于2023年9月由美国宇航局的OSIRIS-REx航天器送回地球。

“贝努看起来很像龙宫，我们正热切地等待这些样本的首批结果，”曼斯巴赫说。

编译自/ScitechDaily