巖漿“隱形海洋”為類地系外行星構筑生命防護磁場

一項最新研究顯示，在一些質量遠超地球的巖質系外行星“超級地球”深處，可能隱藏著巨大的巖漿“海洋”，以一種出乎意料的方式生成強大的行星磁場，從而為潛在的外星生命提供關鍵防護。這項由美國羅切斯特大學主導的研究認為，這些隱秘的巖漿層有望像地球外核一樣，充當行星級“發電機”，抵御來自恒星及宇宙空間的高能輻射與帶電粒子。

在地球內部，液態鐵外核的對流運動驅動所謂“磁流體發電機”（dynamo）過程，產生并維持地球磁場。然而，對體積更大、內部壓力更高的巖質行星而言，它們的鐵核可能已部分或完全固化，或處于不同尋常的物性狀態，使得傳統意義上的金屬核發電機制難以穩定運轉。這意味著，如果沒有其它機制介入，許多超級地球將缺乏強磁場屏障，也就難以維持適宜生命長期生存的表面環境。

羅切斯特大學地球與環境科學系副教授中島未來（Miki Nakajima）及其團隊在發表于《自然·天文學》的論文中提出，行星深部一種被稱為“基底巖漿海洋”（basal magma ocean，BMO）的高壓熔融層，或許可以獨立地維持行星磁場。這一巖漿海洋位于行星地幔底部，處在極端高壓、高溫環境中。研究顯示，在這樣的條件下，原本被視為絕緣體或弱導體的熔融巖石，其電導率會顯著提高，足以支撐一個可以持續數十億年的行星級磁場。

“強磁場對行星生命的存在至關重要。”中島指出，但太陽系中大多數類地行星——例如火星和金星——要么已失去全球磁場，要么從未形成穩定的磁場，很大程度上是因為其核心缺乏足夠的對流與能量條件。她表示，相比之下，許多超級地球由于質量更大、內部壓力更高，不僅有機會在核心中維持金屬態發電機，還可能在深部巖漿海洋中附加一套“巖漿發電機”，雙重機制共同提高行星具備宜居性的幾率。

根據當前系外行星觀測結果，超級地球是銀河系中最常見的一類行星：它們的體積通常是地球的數倍，但又小于海王星等冰巨行星，被普遍認為主要由巖石和金屬構成，擁有相對“堅實”的表面，而非厚重的氣體外殼。雖然這類行星并不存在于太陽系，但在許多恒星宜居帶內都發現了超級地球的身影，它們的表面理論上可存在液態水，因而長期被視為尋找地外生命的重要目標。研究團隊指出，要判斷這些行星是否真正“適居”，磁場強度是與大氣保持、輻射屏蔽能力同等重要的關鍵指標。

為在實驗室中再現超級地球深處的極端環境，中島團隊在羅切斯特大學激光能源實驗室開展了激光沖擊實驗，并輔以量子力學計算和行星演化數值模型。科研人員選擇了富含鎂和鐵的氧化物（(Mg，Fe)O）等代表性地幔物質，通過強功率激光瞬間加壓加熱樣品，使其承受與超級地球地幔深部相當的壓力與溫度，然后測量其在熔融狀態下的電導率變化。實驗結果表明，在數百萬個大氣壓的極端壓力下，熔融巖石可表現出足夠高的電導率，與行星內部對流運動結合后，完全可以維持類似地球磁場強度甚至更強的磁場長達數十億年。

模型推算顯示，體積約為地球三到六倍的超級地球，最有可能長期保有這樣的基底巖漿海洋，并由此產生強韌而持久的磁場。研究還指出，與地核發電機相比，巖漿發電機可能對合金組分變化不那么敏感，其存在時間更長，在行星冷卻演化過程中能為大氣和表面生命提供更穩定的防護。這為天文學家在評估某顆系外行星是否“適宜居住”時，提供了一個新的內部結構判據：即便行星鐵核條件不理想，只要深部巖漿海洋足夠厚、對流足夠強，照樣可能擁有保護大氣與生命的磁場。

“這項工作對我來說既興奮又充滿挑戰，因為我的研究背景主要是理論與計算，這是我第一次親自參與高壓實驗。”中島表示，她感謝來自多個研究方向的合作者共同完成了這項跨學科研究，并期待未來通過系外行星磁場觀測來檢驗這一假說。隨著天文學觀測技術的進步，未來通過恒星掩食、射電輻射或恒星風相互作用信號推斷超級地球磁場強度，將為驗證“巖漿海洋磁場”機制提供關鍵證據。

論文《極端壓力下（Mg，Fe）O 的電導率及其對行星巖漿海洋的啟示》發表于2026年1月15日的《自然·天文學》，進一步補全了人類對行星內部結構如何塑造磁場與宜居性的認識圖景。研究團隊認為，隨著更多關于系外行星內部與磁場的信息被獲取，我們或許會發現：隱匿在行星深處的巖漿“暗海洋”，正悄然為宇宙中潛在的生命世界撐起一層無形卻至關重要的保護傘。