海洋磁场 -海洋磁场对人类的好处

一种新的方法通过对推测模型的主成分分析，可以更有把握地预测行星表面之下海洋的存在。

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进入21世纪，行星科学家们越来越意识到，太阳系的天体中存在着由液态水组成的地下海洋1。由于水是地球上生命的普遍需求，这些天体——主要是卫星2——是寻找外星生命的诱人目标。

要想推断出这些看不见的海洋的存在，主要方法是通过感应磁场。这些磁场源于法拉第电磁感应定律的一个独特应用，该定律指出，当一个时变磁场作用于电路时，就会产生电流。在寒冷的太空环境中，含盐量多到能保持液态的物质具有很强的导电性。与此同时，由于卫星轨道会通过行星旋转磁场，使得卫星暴露在随时间变化的磁场强度下。这些效应结合在一起，在海洋中产生电流，这种电流反过来又产生一种从卫星发出的感应磁场。

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研究模拟了海王星的卫星Triton周围的磁场线(黄色)。膨胀的红色和蓝色区域表明了电离层和不导电的冰壳下的含盐地下海洋联合产生的感应磁场的附加效应。资料来源：NASA/JPL-Caltech

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然而，观测这一过程产生的磁场是一项艰巨的任务。感应磁场的场强要远弱于穿透局部环境的行星场强。假如卫星有哪怕很稀薄的大气层，它的电离层就会产生另一个感应磁场，这可能导致对卫星地下海洋的错误探测。对于配备有磁强计的航天器的飞掠任务，如果航天器不能足够近地通过以感测到感应场，可用的数据将非常有限，甚至不存在。

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Cochrane等人提出了一种基于预测建模和主成分分析的新方法来处理这些困难。他们选择了海王星最大的卫星Triton的一次近距离飞掠，这是为NASA探索计划提出的Trident（三叉戟）任务3概念而开发的。这次飞掠仅会产生12分钟的可用数据，需要据此推断地下海洋的存在。

NASA提出的Trident(三叉戟)计划将探索海王星最大的卫星Triton，其冰壳下可能存在着有液态水的海洋。

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资料来源：NASA/JPL-Caltech

该技术首先使用计算机模型推测地模拟在飞掠Triton系统期间进行的磁强计测量，该系统具有各种潜在的物理性质，比如海洋深度、厚度和电导率。为了覆盖所有可用的参数空间，他们构建了超过13000个模型运行，其中包括了由卫星电离层本身和由电离层叠加地下海洋引起的磁场。

而后，科研人员对这些模型数据进行主成分分析，找出最能解释模拟的磁强计观测结果中变化的特征。这就构建了一个简单的转换，将到来的航天器数据转换为能最清晰区分仅有电离层和电离层叠加海洋场景的表示形式。

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作者表示，与传统方法相比，这种新方法对噪声更敏感且更鲁棒。对于太阳系外的探索，他们证明了一次飞掠就足以确定像Triton这样的卫星表面下是否存在海洋。如果能从一个轨道飞行器上进行多次近距离飞行，那么这种识别就会更加可靠，并且能提供关于宜居性的更多特征描述。

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以上内容英文原文发表于AGU Eos Research Spotlights，中文翻译仅供参考。

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原文链接：

https://eos.org/research-spotlights/finding-moons-hidden-oceans-with-induced-magnetic-fields

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Text © 2022. AGU. CC BY-NC-ND 3.0

扩展阅读

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1. Induced magnetic fields as evidence for subsurface oceans in Europa and Callisto:

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https://www.nature.com/articles/27394

2. Water+Moon related articles on Eos:

https://eos.org/?s=water+moon

3. Proposed NASA Mission Would Visit Neptunes Curious Moon Triton:

https://www.jpl.nasa.gov/news/proposed-nasa-mission-would-visit-neptunes-curious-moon-triton

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