火星为何失去磁场（火星磁场为什么会消失）

我们知道，火星最吸引科学家的是，它表面有明显可见的证据，表明它含有液态水。但是现在，所有的水都消失了，事实上，以现在的情况，液态水无法在这颗红色星球的表面生存。不管怎么说，现在不是这个星球了。

火星现在只有一个稀薄的大气层，而这个大气层现在还不够厚，根本无法维持水的存在。所以在过去它一定有一个更厚，更温暖的大气层。也就是说只有当火星也有一个保护性的磁层时，大气才可能持续存在。

天文学家非常肯定，大约40亿年前火星失去了它的磁层。如果没有像地球一样的保护性磁层，太阳的恒星风就可以自由进入火星，并简单地将其大气层剥离，永远消失在太空中。最后水和大气消失了，火星变得又冷又干。

地球的磁气圈是由位于地球核心的发电机产生的，那是是一个旋转的、对流的铁水和镍团。那么同理，火星肯定也有一个。这是它能产生一个保护性的磁层来保护它不受太阳伤害的唯一方法。但是火星比地球小，在它形成之后，火星比地球冷却得更快。一旦冷却，它失去了核心的铁/镍发电机，然后失去了大气，最后失去了水。

但是火星仍然有一个磁场，只不过它很弱，美国宇航局的MAVEN（火星大气和挥发性进化）航天器已经绘制了它的地图。研究表明火星现在有一个感应磁层，而不是像地球那样的全球发电机磁场。

火星产生的磁场与行星中心的发电机产生的磁场有不同的原因。它是由太阳风（一种流动的磁化等离子体）和非磁化行星本身之间的电磁相互作用引起的。科学家对于地球的磁场是非常清楚的，并且已经研究了几十年。但是像火星这样的感应场不是。

太阳风是一股带电粒子流，以每小时近160万公里的速度撞击太阳周围的电子流。它与太阳系中的一切事物相互作用。风本身是磁化的，所以它实际上很难穿透非磁化火星的高层大气。相反，它在电离层产生电流。这实际上加强了磁场，产生了感应磁层。直到现在，科学家们才明白这一切是如何运作的。

当太阳风中的离子和电子与这个感应磁场相撞时，有些离子被引导到单向流动，有些电子被引导到相反的方向。这就形成了电流，它们在地球上从白天到夜晚传播。

与此同时，来自太阳的x射线和紫外线照射到火星的上层大气，使其中一些不断电离。这就把上层大气中的一部分转变成电子和带电离子来导电。

MAVEN和其他任务之前已经看到了这些当前层的本地化提示。但直到五年后的今天，科学家们才能够绘制出完整的电路图，从太阳风产生的电路到电能在高层大气中的沉积位置。

这张图片来自于对火星周围电流的科学可视化。电流（蓝色和红色箭头）将火星包裹在一个嵌套的双环结构中，从白天到夜晚，它一直围绕着火星。这些电流环扭曲了太阳风磁场（图中没有），太阳风磁场覆盖在火星周围，在火星周围形成一个感应磁层。在这个过程中，电流将火星的上层大气和感应磁层与太阳风电连接起来，将感应磁层边界（微弱的内抛物面）和太阳风弓形激波（微弱的外抛物面）产生的电能和磁能传递出去。

在太空中很难“看到”这些电流。但马文（MAVEN）的仪器之一是灵敏的磁强计。虽然它看不到电流，但它帮助我们绘制了火星周围磁场线的三维地图。科学家们随后能够将电流映射到磁场线的扭曲上。

其结果是更详细地了解了太阳是如何将火星的磁场从大气层中剥离出来的。一旦全球发电机磁场消失，太阳风与火星上层大气形成直接联系，产生电流。然后这些电流将大气中的带电粒子推向太空。

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其实金星有一个像火星一样的感应磁场，尽管我们对它的了解不如我们对火星的了解详细。这项研究的作者说他们很可能是相似的，至少在广义上是相似的。

这些结果代表了火星上的典型结构，在一级上，可能也代表了对流驱动的感应磁层。然而，这种结构并不是感应磁层唯一可能的结构。这一大气损失过程始于大约40亿年前的某个时候，而恰恰是当时火星失去了磁场！