约46亿年前，太阳系不过是一团巨大的气体与尘埃云。在此后数百万年间，这片"太阳星云"经历了一场巨大变革，逐渐压扁成一个物质盘，并最终凝聚形成中心恒星——太阳，以及围绕其运转的各大行星。
科学家们此前普遍认为，早期太阳系的形成主要受引力驱动。然而，一项新研究发现，磁场很可能也在其中扮演了关键角色。
麻省理工学院（MIT）的科学家们在迄今已知最古老的陨石样本中，发现了远古磁场存在的记录。研究团队分析了2008年在南极洲发现的一颗陨石中嵌入的微观颗粒。这些颗粒被称为富钙铝包体（CAI），形成于太阳系诞生后的最初20万年内，是目前已知最古老的太阳系物质样本。
研究结果表明，太阳星云时期极早阶段便已存在磁场。研究人员估计，这一星云磁场的强度超过当今地球磁场，并很可能在汇聚原始物质、推动早期太阳形成的过程中发挥了重要作用。
"从球形云团向原行星盘的转变，是整个太阳系历史上最重要的事件之一，"MIT地球与行星科学系Robert R. Shrock讲席教授本杰明·魏斯（Benjamin Weiss）表示，"长期以来，人们理论上认为这一过程由引力主导，但我们的测量结果表明磁场很可能也参与其中。"
魏斯及其同事将这一发现发表于本周出版的《美国国家科学院院刊》。论文的MIT联合作者包括第一作者Cauê Borlina（2022年博士毕业）、Elias Mansbach（2024年博士毕业）以及Nilanjan Chatterjee，此外还有来自清华大学的白雪宁、剑桥大学的Po-Yen Tung与Richard Harrison、加州理工学院的Francois Tissot，以及加州大学洛杉矶分校的Kevin McKeegan。
旋转颗粒
磁场由带电物质在运动中产生。在极早期太阳系中，坍缩的气体与尘埃云可能激发出带电粒子构成的等离子体。随着这些带电粒子在发展中的圆盘中旋转，便可能产生并维持一个磁场。
若果真如此，魏斯团队推断，这种早期磁场必然会对盘内物质产生影响。随着这些物质不断凝聚，微小的磁性矿物会将磁场强度"锁定"其中，将其原始强度保存数十亿年之久。如果这些矿物最终抵达地球，供科学家测量，其"剩余磁化强度"便可作为磁场确实存在、并可能参与太阳系塑造的证据。
事实上，研究团队此前已经发现了磁场存在的证据，时间可追溯至太阳系形成约200万年之后。彼时，科学家们认为太阳已经成形，各大行星才刚开始聚合。因此，魏斯此前测得的磁场很可能参与了早期行星的形成。
"现在已经没有人质疑行星形成过程中是否存在磁场。争议集中在太阳系极早期——在行星形成之前，只有一个盘的阶段，"Borlina说道。他在攻读MIT博士期间主导了这项新研究，目前已是普渡大学的助理教授。"争论仍然存在于那个阶段，那也正是我们现在研究的方向。"
磁场记录
在新研究中，团队探究了在太阳刚开始形成时，磁场能否在更早期就已存在。他们分析了DOM 08006陨石的样本，这颗陨石于2008年在南极东部冰盖沿线的Dominion山脉被发现，自出土以来已被广泛研究。
DOM 08006是目前发现的最原始陨石之一，其中包含可追溯至太阳系发展最早阶段的矿物颗粒，甚至可能早于太阳形成之前。令人惊讶的是，这颗陨石至今仍基本保留了其原始成分与矿物结构。
"其他陨石在这45亿年的漫长历史中经历了各种各样的变化，"魏斯说，"它们在太阳星云中形成，随后进入含水天体，再被摧毁，移向小行星带，最终降落在地球上。但DOM却神奇地比任何其他陨石都经历了更少的改变。"
如果早期太阳系确实存在磁场，那些记录仍可能保存在DOM的古老矿物颗粒之中，包括富钙铝包体（CAI）。
"我们知道它们是我们所拥有的早期太阳系中最古老的物质，"Borlina说，"但CAI非常复杂，即使在一毫米大小的陨石碎片中，也并非全都相同。因此我们必须仔细辨别它们的类型。"
研究团队从母陨石的小块样本中分离出微小颗粒，并筛选出少量含有铁等天然磁性矿物的CAI。随后，他们对这些颗粒进行了一系列测试，以测量其残留的磁性。
团队在这些古老颗粒中识别出了磁场存在的痕迹。根据测量结果，他们估计早期太阳系中存在约150至600微特斯拉的磁场，其强度约为当今地球磁场的3至12倍。
"我们认为这类磁场有助于将气体从原行星盘向中心恒星——太阳的方向输送，"Borlina说，"引力也在发挥作用。但我们现在表明，如果想要完整理解太阳和行星是如何形成的，就应该将磁场纳入形成它们的要素之中。"
本项研究部分由美国国家航空航天局（NASA）资助。
Q&A
Q1：DOM 08006陨石有什么特别之处？
A：DOM 08006是2008年在南极Dominion山脉发现的陨石，是目前已知最原始的陨石之一。它含有形成于太阳系最早阶段的矿物颗粒，甚至可能早于太阳诞生之前。与其他陨石不同，DOM 08006在漫长的45亿年间几乎没有经历变质，完整保留了原始成分与矿物结构，是研究早期太阳系磁场的珍贵样本。
Q2：富钙铝包体（CAI）是什么？为什么用它来研究磁场？
A：富钙铝包体（CAI）是陨石中的微观矿物颗粒，形成于太阳系诞生后的最初20万年内，是目前已知最古老的太阳系物质。由于其中含有铁等天然磁性矿物，在形成时会将当时磁场的强度"锁定"其中，这种"剩余磁化强度"可以保存数十亿年，因此是研究早期太阳系磁场存在与强度的理想载体。
Q3：早期太阳系的磁场有多强？它起到了什么作用？
A：研究团队估计，早期太阳系的磁场强度约为150至600微特斯拉，相当于当今地球磁场的3至12倍。科学家认为，这一磁场有助于将原行星盘中的气体向中心恒星（即太阳）方向输送，从而协助推动了太阳的形成，是引力之外不可忽视的重要驱动力。
