Тимчасово утворювати магнітне поле деяким планетам допомагає «залізний сніг» — кристалізовані частинки заліза, які виникають біля мантії планет, а потім осідають у їхньому ядрі. Перемішуючи речовину ядра, кристали заліза провокують появу магнітних полів, а потім, поки нові кристали заліза ще не сформувалися, ці поля зникають. Таку поведінку «залізного снігу» вчені змогли змоделювати у лабораторії, але сподіваються знайти її прояви і під час спостережень, наприклад, за Меркурієм чи супутниками Юпітера, розповідає New Atlas. Стаття науковців опублікована у Geophysical Research Letters.
Художнє зображення випадіння «залізного снігу» у надрах Меркурія. NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Що вчені намагалися дізнатися про «залізний сніг»?
Важливу роль у визначенні умов на планетах та їхніх супутниках грає наявність магнітосфери, яка допомагає підтримувати газові оболонки тіл та захищає від зоряного випромінювання та ударів метеороїдів. Утім, досі вченим відомо небагато про особливості магнітосфер невеликих планет, як-от Меркурій, чи супутників на кшталт Іо й Ганімеда. Їхньою особливістю є те, що під час еволюції вони остигають згори донизу, тобто з кори до ядра. Під час цього у верхній частині ядра виникають кристали заліза, які опускаються глибше й плавляться у самому ядрі, де температура вище. Ці кристали заліза, які й називаються «залізним снігом», могли б «збовтувати» рідке внутрішнє ядро, через рух речовини у якому виникатиме достатньо енергії для появи магнітного поля.
Такі процеси мають відбуватися і на Землі, але їхній внесок у її магнітне поле невеликий, адже порівняно з Меркурієм чи Ганімедом, наша планета має більше ядро, яке при обертанні самостійно генерує магнітосферу. Утім, масштаби впливу «залізного» снігу на невеликі планетні тіла досі невідомі, хоча він міг би пояснити і змінність магнітного поля на них, і допомагати астрономам оцінювати умови на планетах за межами Сонячної системи. Дослідити явище «залізного снігу» вирішили у лабораторії науковці Університету Гюстава Ейфеля.
Схематичне зображення випадіння «залізного снігу» у надрах планет (а), а також схема експерименту, який провели науковці. Ludovic Huguet et al. / Geophysical Research Letters, 2023
Як експериментували із залізним снігом?
Замість «сніжинок» із заліза, науковці вирішили звернутися до звичайного снігу, щоб подивитися, як відбуватиметься цикл з його утворення й танення у закритому, мов ядро планети чи супутника, резервуарі. На відміну від ядер планет, в експерименті кристали води, що імітують кристали заліза, мали підійматися знизу нагору, тоді як на планетах ці кристали опускалися б із мантії у ядро під нею. Під час експерименту крижинки води, які утворюються на холоднішому дні, підіймалися догори, де танули та прогрівали всю воду, перемішуючи її. Це призупиняло утворення нових кристалів, але з часом вода на дні знову охолоджувалася й утворювала нові крижинки, а цикл тривалістю у 23,3 хвилини повторювався.
Утворення кристалів льоду у воді під час експериментів. Відео прискорене у 100 разів. Ludovic Huguet et al. / Geophysical Research Letters, 2023
Попри перевернутість досліду, він показав, що танення кристалів заліза у теплішому ядрі планет може перемішувати речовину у ньому й на межі ядра з мантією. Це перемішування у випадку води уповільнювало ріст крижинок, а у ядрах могло б провокувати утворення магнітного поля, яке б зникало на час, який потрібен для випадіння нового «залізного снігу». Вчені планують детальніше дослідити ці процеси вже моделюючи їх із даними про залізо у планетних і супутникових надрах, щоб порівняти результати зі спостереженнями астрономів за цими тілами.
- На наявність магнітного поля навколо планет також впливає активність зір, біля яких вони обертаються. Наприклад, нещодавно на Марсі його крихка магнітосфера збільшилася на тисячі кілометрів завдяки тому, що на неї тимчасово перестав тиснути сонячний вітер.