Самый большой спутник Юпитера, Ганимед, обладает удивительно сильным магнитным полем для своего размера. Приливные воздействия Юпитера постоянно растягивают и сжимают Луну, сохраняя ее ядро теплым и управляя магнитным полем. Но точные геологические процессы, происходящие внутри ядра, до конца не изучены. Теперь новое экспериментальное исследование подвергло испытанию одну из ведущих моделей динамики ядра: образование кристаллизованного «железного снега».
Теория железного снега подобна геологической «модели погоды» ядра планеты: она описывает, как железо остывает и кристаллизуется вблизи верхнего края ядра (где оно встречается с мантией), затем падает внутрь и тает обратно в жидкий центр ядра. планета.
Другими словами, ядро Ганимеда представляет собой снежный шар из расплавленного металла, сотрясаемый и раскачиваемый гравитацией Юпитера.
Этот цикл подъема и падения железа «создает движения в жидком ядре и обеспечивает энергию для генерации магнитного поля», пишут исследователи, стоящие за исследованием. «Однако ключевые аспекты этого режима остаются в значительной степени неизвестными».
Поэтому они разработали эксперимент, чтобы проверить некоторые из этих аспектов.
Конечно, ученые не могут просто заглянуть внутрь ядра планеты, поэтому команда отправилась в лабораторию, где использовала водяной лед в качестве аналога снежных кристаллов железа.
Эксперимент представлял собой резервуар с водой, охлаждаемый снизу. На дне резервуара располагался соленый слой воды, представляя мантию планеты (и с практической точки зрения он помогал кристаллам льда не прилипать ко дну). Поверх рассола находился слой пресной воды, представляющий жидкое ядро планеты. Кристаллы льда образовывались у дна резервуара, где смешивалась соленая и пресная вода, затем всплывали вверх и таяли в более теплой жидкости наверху.
Другими словами, эксперимент представлял собой перевернутую имитацию железного снега, при этом снежинки плыли вверх, а не вниз.
Эта установка позволила команде проверить поведение кристаллов и их влияние на всю систему.
Их выводы были удивительными. Вместо устойчивого потока кристаллизации, подъема и таяния были спорадические приступы быстрой активности, сменявшиеся периодами бездействия.
Почему?
Похоже, что для запуска процесса кристаллизации жидкость должна достичь переохлажденного состояния, ниже температуры, при которой можно ожидать затвердевания льда. Как только достигается эта переохлажденная температура, он выпускает шквал снежинок, а затем останавливается, пока температура снова не станет достаточно низкой, чтобы выпустить новую порцию кристаллов.
Этот спорадический и циклический процесс имеет серьезные последствия для магнитных полей планеты. Железный снег на Ганимеде будет появляться периодически и локализоваться в разных местах по всему ядру. Результатом будет меняющееся и танцующее магнитное поле, которое со временем усиливается, ослабевает и меняет форму.
Ганимед — не единственное место в Солнечной системе, где железный снег доминирует в поведении планетных ядер. Это правдоподобное описание поведения ядра всех малых планетарных тел, включая нашу Луну и Меркурий, а также Марс и крупные металлические астероиды.
В тех случаях, когда известно о существовании магнитных полей (например, Меркурий и Ганимед), это приближает нас на один шаг к пониманию динамики этих систем.
Если вам интересно, не считается, что в ядре Земли преобладает железный снег. Мощное гравитационное давление в центре нашей планеты, а также другой состав материалов означают, что металлы в ядре Земли имеют тенденцию затвердевать в середине, а затем плавиться по мере их дрейфа наружу, а не выпадать снегом из мантии (хотя и то, и другое согласно недавним исследованиям, процессы могут присутствовать в некотором количестве).
Читать газету:
Людовик Юге, Мишель Ле Барс и Рено Деген. «Лабораторная модель железного снега в ядрах планет». Письма о геофизических исследованиях.
