清華新聞網(wǎng)1月4日電 近日，清華大學(xué)高等研究院研究員、天文系兼職教師白雪寧與合作者發(fā)表了關(guān)于利用隕石古地磁學(xué)研究太陽(yáng)星云磁場(chǎng)的長(zhǎng)篇綜述。文章系統(tǒng)討論了太陽(yáng)系形成早期的“太陽(yáng)星云”中磁場(chǎng)分布和演化的理論預(yù)期，全面介紹了隕石古地磁學(xué)的測(cè)量方法和結(jié)果，并通過(guò)兩者的對(duì)比限制了太陽(yáng)星云的演化和其中的行星形成過(guò)程。
太陽(yáng)系形成于大約46億年前。此時(shí)太陽(yáng)形成過(guò)程的殘余氣體圍繞早期太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成一個(gè)盤(pán)，它被稱(chēng)作“太陽(yáng)星云”。太陽(yáng)星云中富含塵埃，正是其中塵埃的聚集、生長(zhǎng)、吸積、并最終形成了太陽(yáng)系的行星系統(tǒng)。早在上世紀(jì)80年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在銀河系的恒星形成區(qū)中，新生恒星周?chē)毡榇嬖谶@樣的盤(pán)，稱(chēng)為“原行星盤(pán)”。磁場(chǎng)被認(rèn)為對(duì)原行星盤(pán)的形成，演化及其內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)起著決定性作用，進(jìn)而影響行星形成的進(jìn)程。盡管目前人們很難直接探測(cè)到原行星盤(pán)的磁場(chǎng)，但古老的隕石在形成時(shí)能夠記錄當(dāng)時(shí)太陽(yáng)星云中的磁場(chǎng)信息，可通過(guò)古地磁學(xué)手段還原出來(lái)。
圖1.磁場(chǎng)在原行星盤(pán)/太陽(yáng)星云中驅(qū)動(dòng)盤(pán)演化的重要機(jī)制：磁轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定性（左）和磁盤(pán)風(fēng)（右）
對(duì)原行星盤(pán)的天文觀(guān)測(cè)表明，原行星盤(pán)向中心的原恒星吸積并驅(qū)動(dòng)外流，在形成幾百萬(wàn)年后消散。理論研究表明，磁場(chǎng)在原行星盤(pán)中主要通過(guò)磁轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定性和/或磁盤(pán)風(fēng)等機(jī)制驅(qū)動(dòng)盤(pán)的吸積和演化，其速率同磁場(chǎng)強(qiáng)度正相關(guān)。通過(guò)古地磁學(xué)還原出的太陽(yáng)星云磁場(chǎng)強(qiáng)度所能驅(qū)動(dòng)的盤(pán)吸積率同觀(guān)測(cè)到盤(pán)的吸積率范圍一致，為盤(pán)理論提供了重要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于隕石年齡能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)定，古地磁學(xué)研究同時(shí)給出了太陽(yáng)星云隨時(shí)間演化的圖像，表明磁場(chǎng)隨時(shí)間減弱，太陽(yáng)星云壽命在300-400萬(wàn)年之間，同典型的原行星盤(pán)一致。這些結(jié)果同時(shí)對(duì)球粒隕石的形成機(jī)制，巨行星形成的時(shí)標(biāo)等給出有力限制。
圖2.隕石中記錄到的太陽(yáng)星云磁場(chǎng)隨時(shí)間的演化圖，顯示出磁場(chǎng)逐漸減弱，而太陽(yáng)星云在形成300-400萬(wàn)年后消散
該綜述文章于2021年1月1日在線(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances），題為“太陽(yáng)星云歷史的隕石古地磁學(xué)研究”（History of the solar nebular from meteorite paleomagnetism），并被選為封面文章。本篇綜述麻省理工學(xué)院地球、大氣與行星科學(xué)系的本杰明·韋斯（Benjamin Weiss）教授和白雪寧研究員同為通訊作者，共同作者還包括哈佛大學(xué)地球與行星科學(xué)系助理教授傅任楠（Roger Fu）。白雪寧研究員長(zhǎng)期從事原行星盤(pán)氣體動(dòng)力學(xué)的理論和數(shù)值模擬研究，其中引入諸多微觀(guān)物理過(guò)程揭示出磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)盤(pán)演化的機(jī)理以及盤(pán)磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，他同韋斯教授的研究團(tuán)隊(duì)合作在《科學(xué)》（Science）雜志發(fā)表過(guò)2篇利用古地磁學(xué)探究太陽(yáng)星云磁場(chǎng)的相關(guān)文章。
2021年第一期《科學(xué)·進(jìn)展》封面圖
論文鏈接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/1/eaba5967
供稿：高研院
編輯：李華山
審核：呂婷
