Магнитное поле на других планетах. Геомагнетизм или последствия регулярного взаимовлияния планет
Самая яркая планета
Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.
Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.
Общее строение планеты
Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.
Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.
Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.
Почему у Венеры нет магнитного поля?
Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.
Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.
Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.
· · · · | |
Как известно, Земля и Венера имеют практически одинаковые размеры, так почему же у Венеры нет магнитосферы? Возможно это связано с тем, что наша соседка в прошлом испытала не достаточно сильное столкновение с космическим телом.
По многим причинам Венеру называют близнецом Земли (или сестрой). Так же как и наша планета, Венера по своей природе является твёрдой планетой, составленной из силикатов и металлов, которые распределены между ядром из железа и никеля и силикатной мантией и коры. Но когда разговор заходит об атмосферах и магнитных полях этих планет, они отличаются друг от друга максимально возможно.
В течение всего времени изучения этих двух планет астрономы изо всех сил пытаются ответить на вопрос о том, почему у Земли есть магнитное поле, которое позволяет ей сохранять толстый слой атмосферы, а у Венеры нет. Согласно новому исследованию , проведённому международной командой учёных, это может быть связано с крупным столкновением, которое произошло в прошлом. Так как Венера, похоже, никогда не переживала столкновения, то в ней и не возникло динамо, генерирующее магнитное поле.
Слои Земли, показано внутреннее и внешнее ядро, мантия и кора. Источник: discovermagazine.com
Исследование, под названием “Формирование, стратификация и перемешивание ядер Земли и Венеры” (Formation, stratification, and mixing of the cores of Earth and Venus) появилось в научном журнале Earth and Science Planetary Letters. Оно проводилось во главе с Сетом А. Джейкобсоном из Северо-Западного университета. В группу также входили специалисты из Обсерватории Лазурного берега, Байройтского университета, Токийского технологического института и Института Карнеги в Вашингтоне.
Ради этих исследований Джейкобсон и его коллеги начали с самого начала: они рассмотрели то, как земные планеты формируются изначально. Согласно наиболее распространённым моделям формирования таких планет, они не формируются одноступенчато. В основе их роста лежит серия событий увеличения массы, характеризующаяся столкновениями с планетезималями и зародышами планет, у большинства которых есть собственные ядра.
Недавние исследования физики высоких давлений различных минералов и орбитальной динамики указали, что планетарные ядра развивают стратифицированную структуру по мере прироста массы. Причина этого имеет отношение к тому, что здесь присутствует большая концентрация лёгких элементов, включённых в жидкий металл, который впоследствии начинает погружаться глубже и формировать ядро планеты по мере того, как увеличивается температура и давление.
Такое слоистое ядро было бы неспособно к конвекции, которая, как полагают, является тем, что позволяет создать магнитное поле Земли. К тому же, такие модели несовместимы с сейсмологическими исследованиями, которые указывают на то, что ядро Земли состоит по большей части из железа и никеля, в то время как приблизительно 10 процентов всего его веса составлены из лёгких элементов, таких как кремний, кислород, сера и другие.
Объясняет доктор Джейкобсон: “Землеподобные планеты росли посредством последовательных столкновений с космическими телами. Таким образом, их ядро также выросло многоступенчатым способом. Такой способ формирования ядра создаёт многоуровневую устойчивую стратифицированную структуру плотности, потому что лёгкие элементы всё больше встраиваются в более поздние “наросты” ядра. Лёгкие элементы, такие как кислород, кремний и сера всё более и более разделяются в виде жидкостей ядра, когда давление и температура становятся выше. Поэтому более поздние события увеличения массы ядра включают больше таких элементов, потому что сама Земля становится больше, и давление и температура продолжают расти. Всё это устанавливает стабильную стратификацию, которая предотвращает возникновение длительного динамо и планетарного магнитного поля. Это – наша гипотеза для Венеры. В случае с Землёй мы думаем, что удар, который сформировал Луну, был достаточно сильным, чтобы перемешать ядро Земли и позволить динамо генерировать сегодняшнее магнитное поле”.
Представление художника о столкновении между Землёй и Тейей, которое могло произойти 4.5 миллиарда лет назад. Источник: NASA
Палеомагнитные исследования, проведённые заранее, добавили ещё больше замешательства в эту и без того непонятную картину. Они указали, что магнитное поле Земли существует по крайней мере в течение 4.2 миллиарда лет (то есть оно появилось спустя примерно 340 миллионов лет после того, как сформировалась Земля). Тут же возникает естественный вопрос относительно того, какой механизм ответственен за текущее состояние конвекции и как она появилась. Именно ради этого исследования Джейкобсон и его команда рассматривали возможность того, что крупное столкновение могло объяснить это явление.
“Энергетически сильный удар механически смешал ядро и разрушил образовавшуюся слоистую структуру. Стабильная стратификация предотвращает конвекцию, которая, в свою очередь запрещает геодинамо. Именно удаление стратификации позволяет динамо работать”.
Энергия этого столкновения перемешала бы ядро, создав отдельные гомогенные области, в которых могло существовать динамо. Учитывая возраст магнитного поля Земли, это соответствует теории столкновения с Тейей, согласно которой объект, размером с Марс, столкнулся с Землёй 4.51 миллиарда лет назад и привёл к формированию системы Земля-Луна. Возможно, именно это столкновение заставило ядро Земли уйти от слоистой структуры и стать гомогенной, а в течение следующих 300 миллионов лет давление и температура, возможно, заставили его дифференцироваться между твёрдым внутренним ядром и жидким внешним. Благодаря вращению во внешнем ядре возник эффект динамо.
Зачатки этой теории были представлены в прошлом году на 47-й Научной конференции лунных и планетарных наук. Во время презентации, названной “Смешивание ядер планет посредством гигантского столкновения” (Dynamical Mixing of Planetary Cores by Giant Impacts). Именно тогда исследователи впервые указали, что стратификация ядра Земли была как бы перезапущена тем же самым столкновением, которое сформировало Луну. Было показано, как сильный удар мог перемешать ядро планеты во время позднего этапа их формирования. основываясь на этом, Джейкобсон и другие авторы применили модели того, как Земля и Венера прирастали веществом из газопылевого диска вокруг протоСолнца. Им также удалось вычислить то, как Земля и Венера выросли, основываясь на химическом составе мантии и ядра каждой планеты после каждого события прироста массы.
Нельзя преуменьшить значения этого исследования с точки зрения того, как это касается развития Земли и появления жизни. Если магнитосфера Земли является результатом последнего столкновения, то такой удар мог создать различия между нашей планетой, пригодной для существования жизни, и любой другой, являющейся холодной и засушливой (как Марс) или слишком горячей (как Венера).
“Магнитные поля планет экранируют поверхность и саму жизнь от вредного космического излучения. Если такое сильное, гигантское столкновение необходимо для возникновения магнитного поля, значит оно необходимо и для возникновения жизни”.
По информации Universe Today.
3 октября 2016 в 12:40Магнитные щиты планет. О разнообразии источников магнитосфер в солнечной системе
6 из 8 планет солнечной системы обладают собственными источниками магнитных полей, способные отклонять потоки заряженных частиц солнечного ветра. Объем пространства вокруг планеты, в пределах которого отклоняется от траектории солнечный ветер, именуется магнитосферой планеты. Несмотря на общность физических принципов генерирования магнитного поля, источники магнетизма, в свою очередь, сильно варьируются у разных групп планет нашей звездной системы.
Изучение разнообразия магнитных полей интересно тем, что наличие магнитосферы, предположительно, является важным условием для возникновения жизни на планете или ее естественном спутнике.
Железом и камнем
У планет земной группы сильные магнитные поля являются скорее исключением, чем правилом. Наиболее мощной магнитосферой в данной группе обладает наша планета. Твердое ядро Земли предположительно состоит из железоникелевого сплава, разогретого радиоактивным распадом тяжелых элементов. Эта энергия передается путем конвекции в жидком внешнем ядре в силикатную мантию (). Тепловые конвективные процессы в металлическом внешнем ядре до недавнего времени считались главным источником геомагнитного динамо. Однако исследования последних лет опровергают данную гипотезу .Взаимодействие магнитосферы планеты (в данном случае Земли) с солнечным ветром. Потоки солнечного ветра деформируют магнитосферы планет, которые имеют вид сильно вытянутого магнитного «хвоста» направленного в противоположном от Солнца направлении. Магнитный «хвост» Юпитера тянется на более чем 600 млн км.
Предположительно источником магнетизма за время существования нашей планеты могло быть сложное сочетание различных механизмов генерирования магнитного поля: первичная инициализация поля от древнего столкновения с планетоидом; не тепловая конвекция различных фаз железа и никеля во внешнем ядре; выделения оксида магния из охлаждающегося внешнего ядра; приливное влияние Луны и Солнца и т.д.
Недра «сестры» Земли - Венеры практически не генерируют магнитного поля. Ученые до сих пор ведут споры о причинах отсутствия динамо эффекта. Одни обвиняют в этом медленное суточное вращение планеты, другие же возражают , что и этого должно было хватить для генерирования магнитного поля. Скорее всего, дело во внутренней структуре планеты, отличной от земной ().
Стоит оговориться, что Венера обладает так называемой индуцированной магнитосферой, создаваемой взаимодействием солнечного ветра и ионосферы планеты
Наиболее близок (если не сказать, идентичен) к Земле по длительности звездных суток Марс. Планета вращается вокруг своей оси за 24 часа, так же как и два вышеописанных «коллеги» гиганта состоит из силикатов и на четверть из железоникелевого ядра. Однако Марс на порядок легче Земли, и, по мнению ученых, его ядро остыло относительно быстро, поэтому планета не имеет динамо генератора.
Внутреннее строение железосиликатных планет земной группы
Парадоксально, но второй планетой в земной группе, которая может «похвастаться» собственной магнитосферой является Меркурий – наименьшая и самая легкая из всех четырех планет. Его близость к Солнцу предопределила специфические условия, при которых сформировалась планета. Так в отличие от остальных планет группы, у Меркурия чрезвычайно высокая относительная доля железа к массе всей планеты – в среднем 70%. Его орбита имеет наиболее сильный эксцентриситет (отношение ближайшей от Солнца точки орбиты, к наиболее удаленной) среди всех планет солнечной системы. Данный факт, а так же близость Меркурия к Солнцу усиливают приливное влияние на железное ядро планеты.
Схема магнитосферы Меркурия с наложенным графиком магнитной индукции
Научные данные, полученные космическими аппаратами, позволяют предположить, что магнитное поле генерируется движением металла в расплавленном приливными силами Солнца ядре Меркурия. Магнитный момент этого поля в 100 раз слабее Земного, а размеры сравнимы с размерами Земли, не в последнюю очередь из за сильного влияния солнечного ветра.
Магнитные поля Земли и планет гигантов. Красная линия - ось суточного вращения планет (2 - наклон полюсов магнитного поля к данной оси). Синяя линия - экватор планет (1 - наклон экватора к плоскости эклиптики). Магнитные поля представлены желтым цветом (3 - индукция магнитного поля, 4 - радиус магнитосфер в радиусах соответствующих планет)
Металлические гиганты
Планеты гиганты Юпитер и Сатурн обладают крупными ядрами из горных пород, массой в 3-10 земных, окруженные мощными газовыми оболочками, на которые, и приходиться подавляющая часть массы планет. Однако эти планеты обладают чрезвычайно крупными и мощными магнитосферами, и их существование нельзя объяснить лишь динамо-эффектом в каменных ядрах. Да и сомнительно, что при таком колоссальном давлении там вообще возможны явления, подобные тем, что происходят в ядре Земли.Ключ к разгадке находится в самой водородно-гелиевой оболочке планет. Математические модели показывают, что в недрах этих планет водород из газообразного состояния постепенно переходит в состояние сверхтекучей и сверхпроводящей жидкости – металлический водород. Металлическим его называют из-за того, что при таких значениях давления водород проявляет свойство металлов.
Внутреннее строение Юпитера и Сатурна
Юпитер и Сатурн, как и свойственно планетам гигантам, сохранили в недрах большую тепловую энергию, накопившуюся в период формирования планет. Конвекция металлического водорода переносит эту энергию в газовую оболочку планет, определяя климатическую обстановку в атмосферах гигантов (Юпитер излучает в космос вдвое больше энергии, чем получает от Солнца). Конвекция в металлическом водороде в сочетании с быстрым суточным вращением Юпитера и Сатурна, предположительно и образуют мощные магнитосферы планет.
У магнитных полюсов Юпитера, как и на аналогичных полюсах остальных гигантов и Земли, солнечный ветер вызывает «полярные» сияния. В случае Юпитера, существенное влияние на его магнитное поле производят такие крупные спутники как Ганимед и Ио (виден след от потоков заряженных частиц, «текущих» с соответствующих спутников к магнитным полюсам планеты). Изучение магнитного поля Юпитера является основной задачей работающей на его орбите автоматической станции «Юнона». Понимание происхождения и структуры магнитосфер планет гигантов может обогатить наши знания о магнитном поле Земли
Ледяные генераторы
Ледяные гиганты Уран и Нептун так похожи друг на друга по размерам и массе, что их можно назвать второй парой близнецов в нашей системе, после Земли и Венеры. Их мощные магнитные поля занимают промежуточное положение между магнитными полями газовых гигантов и Земли. Однако и тут природа «решила» соригинальничать. Давление в железокаменных ядрах этих планет все еще слишком велико для динамо эффекта вроде земного, однако недостаточно для образования слоя металлического водорода. Ядро планеты окружено мощным слоем льда из смеси аммиака, метана и воды. Этот «лед» на самом деле представляет собой чрезвычайно нагретую жидкость, которая не вскипает исключительно из-за колоссального давления атмосфер планет.
Внутреннее строение Урана и Нептуна
Часто источником дипольного магнитного поля планеты считают её расплавленное токопроводящее ядро. У Венеры и Земли близки размеры, средняя плотность и даже внутреннее строение, тем не менее, Земля имеет достаточно сильное магнитное поле, а Венера - нет (магнитный момент Венеры не превышает 5-10 % магнитного поля Земли). По одной из современных теорий напряженность дипольного магнитного поля зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но измерения указывают на ещё более низкую напряжённость, чем предсказывает теория. Современные предположения по поводу слабого магнитного поля Венеры состоят в том, что в предположительно железном ядре Венеры отсутствуют конвективные потоки .
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Магнитное поле планет" в других словарях:
Магнитное поле Солнца производит корональные выбросы массы. Фото NOAA Звёздное магнитное поле магнитное поле, создаваемое движением проводящей плазмы внутри звёзд главно … Википедия
Классическая электродинамика … Википедия
Силовое поле, действующее на движущиеся электрич. заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (независимо от состояния их движения). М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В. Значение В определяет силу, действующую в данной точке… … Физическая энциклопедия
Силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (См. Магнитный момент), независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет:… … Большая советская энциклопедия
Карта магнитных полей Луны Магнитное поле Луны за последние 20 лет активно изучалось человеком. Луна лишена дипольного поля. Из за этого межпланетное магнитное поле не замечает … Википедия
Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля… … Википедия
межпланетное магнитное поле - Магнитное поле в межпланетном пространстве вне магнитосфер планет преимущественно солнечного происхождения. [ГОСТ 25645.103 84] [ГОСТ 25645.111 84] Тематики поле магнитное межпланетноеусловия физические косм. пространства Синонимы ММП EN… … Справочник технического переводчика
Возникновение ударных волн при столкновении солнечного ветра с межзвездной средой. Солнечный ветер поток ионизированных частиц (в основном гелиево–водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300–1200 км/с в окружающее… … Википедия
Гидромагнитное (или магнитогидродинамическое, или просто МГД) динамо (динамо эффект) эффект самогенерации магнитного поля при определённом движении проводящей жидкости. Содержание 1 Теория 2 Приложения 2.1 Ге … Википедия
Тела естественного или искусственного происхождения, обращающиеся вокруг планет. Естественные спутники имеют Земля (Луна), Марс (Фобос и Деймос), Юпитер (Амальтея, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме,… … Энциклопедический словарь
Книги
- , Ю. И. Петров. В настоящей книге выявлены и продемонстрированы скрытые или явные ошибки математических конструкций общей и специальной теории относительности, квантовой механики, а также поверхностных…
- Заблуждения и ошибки фундаментальных концепций физики , Петров Ю.И.. В настоящей книге выявлены и продемонстрированы скрытые или явные ошибки математических конструкций общей и специальной теории относительности, квантовой механики, а также поверхностных…