Super-Earth and super-Venus exoplanets may have similar bulk compositions but dichotomous surface conditions and mantle dynamics. Vigorous convection within their metallic cores may produce dynamos and thus magnetospheres if the total heat flow out of the core exceeds a critical value. Earth has a core-hosted dynamo because plate tectonics cools the core relatively rapidly. In contrast, Venus has no dynamo and its deep interior probably cools slowly. Here, we develop scaling laws for how planetary mass affects the minimum heat flow required to sustain both thermal and chemical convection, which we compare to a simple model for the actual heat flow conveyed by solid-state mantle convection. We found that the required heat flows increase with planetary mass (to a power of ∼0.8–0.9), but the actual heat flow may increase even faster (to a power of ∼1.6). Massive super-Earths are likely to host a dynamo in their metallic cores if their silicate mantles are entirely solid. Super-Venuses with relatively slow mantle convection could host a dynamo if their mass exceeds ∼1.5 (with an inner core) or ∼4 (without an inner core) Earth-masses. However, the mantles of massive rocky exoplanets might not be completely solid. Basal magma oceans may reduce the heat flow across the core-mantle boundary and smother any core-hosted dynamo. Detecting a magnetosphere at an Earth-mass planet probably signals Earth-like geodynamics. In contrast, magnetic fields may not reliably reveal if a massive exoplanet is a super-Earth or a super-Venus. We eagerly await direct observations in the next few decades.

中文翻译：

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超级地球和超级金星系外行星金属内核中发电机的能量需求

超级地球和超级金星系外行星可能具有相似的整体成分，但具有二分的表面条件和地幔动力学。如果流出核心的总热量超过临界值，它们金属核心内的强烈对流可能会产生发电机，从而产生磁层。地球有一个核心的发电机，因为板块构造相对较快地冷却了核心。相比之下，金星没有发电机，其内部深处可能会缓慢冷却。在这里，我们开发了关于行星质量如何影响维持热对流和化学对流所需的最小热流的比例定律，我们将其与固态地幔对流传递的实际热流的简单模型进行了比较。我们发现所需的热流随着行星质量的增加而增加（约 0.8-0.9 次方），但实际热流可能增加得更快（约 1.8 次方）。6). 如果它们的硅酸盐地幔完全是固体，那么巨大的超级地球很可能在它们的金属核心中拥有一个发电机。如果超级金星的质量超过~1.5（有内核）或~4（没有内核）地球质量，那么地幔对流相对较慢的超级金星可能拥有发电机。然而，巨大的岩石系外行星的地幔可能不是完全坚固的。基底岩浆海洋可能会减少穿过地核-地幔边界的热流，并扼杀任何存在于地核的发电机。在地球质量的行星上探测磁层可能预示着类似地球的地球动力学。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。如果它们的硅酸盐地幔完全是固体，那么巨大的超级地球很可能在它们的金属核心中拥有一个发电机。具有相对缓慢地幔对流的超级金星如果其质量超过~1.5（有内核）或~4（没有内核）地球质量，则可以容纳发电机。然而，巨大的岩石系外行星的地幔可能不是完全坚固的。基底岩浆海洋可能会减少穿过地核-地幔边界的热流，并扼杀任何存在于地核的发电机。在地球质量的行星上探测磁层可能预示着类似地球的地球动力学。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。如果它们的硅酸盐地幔完全是固体，那么巨大的超级地球很可能在它们的金属核心中拥有一个发电机。具有相对缓慢地幔对流的超级金星如果其质量超过~1.5（有内核）或~4（没有内核）地球质量，则可以容纳发电机。然而，巨大的岩石系外行星的地幔可能不是完全坚固的。基底岩浆海洋可能会减少穿过地核-地幔边界的热流，并扼杀任何存在于地核的发电机。在地球质量的行星上探测磁层可能预示着类似地球的地球动力学。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。5（有内核）或~4（无内核）地球质量。然而，巨大的岩石系外行星的地幔可能不是完全坚固的。基底岩浆海洋可能会减少穿过地核-地幔边界的热流，并扼杀任何存在于地核的发电机。在地球质量的行星上探测磁层可能预示着类似地球的地球动力学。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。5 个（有内核）或 ~4 个（没有内核）地球质量。然而，巨大的岩石系外行星的地幔可能不是完全坚固的。基底岩浆海洋可能会减少穿过地核-地幔边界的热流，并扼杀任何存在于地核的发电机。在地球质量的行星上探测磁层可能预示着类似地球的地球动力学。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。相比之下，磁场可能无法可靠地揭示大型系外行星是超级地球还是超级金星。我们热切地等待未来几十年的直接观察。