大約在 46 億年前，太陽系起源於一個巨大的氣體和塵埃雲。在接下來的數百萬年裡，這個「太陽星雲」發生了劇烈的變化。雲層坍塌並壓平成盤狀，最終在中心形成了太陽，並圍繞著它形成了行星。
重力長期以來一直被認為是這種轉變的主要力量。然而，麻省理工學院（MIT）的最新研究表明，磁性也可能在這個過程中扮演了重要角色。
科學家們在一些已知最古老的隕石材料中發現了保存完好的古代磁場證據。研究人員研究了 2008 年在南極發現的一顆隕石內部的微觀顆粒。這些被稱為鈣鋁夾雜物（CAIs）的顆粒，形成於太陽系最初的 20 萬年，代表了該時期最古老的已知物質。
它們的磁性特徵表明，在太陽星雲階段已經存在一個強大的磁場。研究人員估計，這個磁場比現今地球的磁場還要強大，並可能在年輕太陽形成時，幫助將原始物質向內移動。
「從球形雲層轉變為原行星盤，是太陽系歷史上最重要的事件之一，」麻省理工學院地球與行星科學系的 Robert R. Shrock 教授 Benjamin Weiss 表示。「長期以來，人們一直認為是重力導致了這種轉變，但我們的測量結果顯示，磁性很可能也起到了作用。」
這項研究結果發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。除了 Weiss 之外，該研究的麻省理工學院共同作者還包括第一作者、2022 年博士畢業的 Cauê Borlina，以及 Elias Mansbach 和 Nilanjan Chatterjee。其他合作者包括清華大學的薛寧（Xue-Ning Bai）、劍橋大學的 Tung Po-Yen 和 Richard Harrison、加州理工學院的 François Tissot，以及加州大學洛杉磯分校的 Kevin McKeegan。
早期太陽磁場如何作用
磁場在帶電物質移動時產生。在太陽系形成的最早階段，坍塌的氣體和塵埃雲可能產生了含有帶電粒子的電漿。當這些粒子在發育中的盤狀結構中循環時，它們可能產生並維持了磁場。
Weiss 和他的同事們推斷，如果存在磁場，它應該會在盤狀結構中形成的某些物質上留下持久的印記。隨著這些物質的凝結，微小的磁性礦物可能會記錄下周圍磁場的強度。如果這些礦物保存了數十億年並最終到達地球，它們的「殘餘磁化」就可以提供證據，證明年輕的太陽系存在磁性並影響了其發展。
研究人員先前已經發現了太陽系形成約 200 萬年後的磁場證據。當時，科學家們認為太陽已經形成，行星也開始組裝。那項較早的研究表明，磁場可能對行星形成做出了貢獻。
「如今人們不再爭論行星形成時是否存在磁性。但爭論的焦點在於非常早期的太陽系，在行星形成之前，只有一個盤狀結構的時候，」Borlina 表示，他當時是麻省理工學院的研究生，領導了這項新研究，現已成為普渡大學的助理教授。「這就是爭論仍然存在的地方，也是我們現在的研究方向。」
一顆擁有異常原始記錄的隕石
最新的研究將探索的時間推得更遠，重點關注在太陽本身仍在組裝時是否存在磁性。
研究人員檢查了 DOM 08006 隕石的樣本，該隕石於 2008 年在南極東部冰蓋沿線的德蒙山脈（Dominion Range）被發現。自發現以來，這顆隕石因其異常原始的成分而受到廣泛研究。
DOM 08006 含有來自太陽系形成早期階段的礦物顆粒，可能形成於太陽尚未完全形成之前。令人驚訝的是，儘管經歷了 45 億年的太陽系歷史，這顆隕石仍保留了其大部分原始礦物成分。
「其他隕石在 45 億年的歷史中經歷了許多不同的過程，」Weiss 說。「它們形成於太陽星雲，然後被添加到有水的星體上，接著被摧毀，移動到小行星帶，然後墜落到這裡。但不知何故，DOM 的變化比任何其他隕石都要少。」
這種異常的保存使得 DOM 08006 成為尋找早期太陽系磁場證據的特別有希望的目標。
如果存在這樣的磁場，它的印記可能仍然保存在該隕石的某些鈣鋁夾雜物中。
「我們知道它們是我們擁有的關於早期太陽系的最古老東西，」Borlina 說。「但鈣鋁夾雜物非常複雜，即使在同一毫米大小的隕石碎片中，它們也並不完全相同。所以我們必須仔細識別它們的類型。」
一個比地球還強大的磁場
研究團隊利用這顆原始隕石的小塊樣本，分離出微小的礦物顆粒，並識別出幾個含有天然磁性礦物（包括鐵）的鈣鋁夾雜物。然後，研究人員進行了一系列測試，以確定這些顆粒是否仍然保留了古代磁性。
他們在礦物中發現了記錄的磁場痕跡。根據這些測量結果，團隊估計早期太陽系擁有一個約 150 至 600 微特斯拉的磁場。這大約是現今地球磁場的 3 到 12 倍。
結果表明，磁性可能在控制太陽形成過程中，物質如何在原行星盤中移動方面發揮了重要作用。
「我們認為這類磁場有助於將氣體從原行星盤向內輸送到這個中心恆星——太陽，」Borlina 說。「重力也在起作用。但我們現在證明，如果你想完全理解太陽和行星是如何形成的，你應該將磁場納入構成它們的要素中。」
