Атмосфера обеспечивает планете устойчивое магнитное поле. Магнитное поле планет солнечной системы
Если отталкиваться от предполагаемого значения плотности, у Венеры есть ядро, которое имеет размеры около половины радиуса и примерно 15% объема планеты. Однако исследователи не уверены, имеет ли Венера прочное внутреннее ядро, которое есть у Земли.
Ученые не знают, как быть с Венерой. Хотя она очень похожу на Землю по размеру, массе и каменистой поверхности, эти два мира различаются друг от друга в других параметрах. Одно очевидное различие — плотная, очень густая атмосфера нашей соседки. Огромное одеяло углекислого газа вызывает сильный парниковый эффект, при котором хорошо поглощается солнечная энергия, и поэтому температура поверхности планеты взлетела до примерно 460 C.
Если копнуть глубже, различия становятся еще более резкими. Учитывая плотности планеты, у Венеры должно быть ядро, обогащенное железом, которое, по крайней мере, частично расплавлено. Так почему же у планеты нет глобального магнитного поля, которое имеет Земля? Чтобы создать поле, жидкое ядро должно находится в движении, и теоретики в течение долгого времени подозревали, что медленное 243 дневное вращение планеты вокруг своей оси препятствует возникновению этого движения.
Сейчас исследователи говорят, что причина не в этом. «Генерация глобального магнитного поля требует постоянной конвекции, которая, в свою очередь, требует извлечения тепла из ядра в вышележащую мантию», — объясняет Фрэнсис Ниммо (Калифорнийский университет, Лос-Анджелес).
Венера не обладает таким активным движением тектонических плит, который является отличительной чертой — у нее нет процессов пластин для переноса тепла из глубин в конвейерном режиме. Поэтому в результате исследований, проведенных в течение последних двух десятилетий, Ниммо и другие ученые пришли к выводу, что мантия Венеры должна быть слишком жаркой, и поэтому тепло не может выделятся из ядра достаточно быстро для того, чтобы управлять быстрым переносом энергии.
Сейчас у ученых появилась новая идея, которая рассматривает проблему с совершенно нового ракурса. Земля и Венера, возможно, оказались бы обе без магнитных полей. За исключением одного существенного различия: «почти собранная» Земля пережила катастрофическое столкновение с объектом, размерами с нынешний Марс, которое привело к возникновению , а у Венеры такого события не было.
Исследователи смоделировали постепенное формирование скалистых планет, таких как Венера и Земля, из бесчисленных маленьких объектов в начале истории . Когда все больше и больше кусков собралось вместе, то железо, которое они содержали, погрузилось в полностью в середину расплавленных планет, чтобы образовать ядра. Сначала ядра почти полностью состояли из железа и никеля. Но еще больше металлов, образующих сердцевину, прибыло в результате ударов, и этот плотный материал провалился через расплавленную мантию каждой планеты — связывая более легкие элементы (кислород, кремний и сера) по пути.
Со временем эти горячие расплавленные ядра создали несколько устойчивых слоев (возможно, до 10) различных составов. «По сути, — поясняет команда, — они создали лунную структуру оболочки внутри ядра, где конвективное смешивание в конечном итоге гомогенизирует жидкости внутри каждой оболочки, но предотвращает гомогенизацию между оболочками». Тепло по-прежнему истекало в мантию, но только медленно, от одного слоя к другому. В таком ядре не было бы интенсивного движения магмы, необходимого для создания «динамомашины», поэтому магнитного поля не было. Возможно, такой была судьба Венеры.
Магнитное поле Земли
На Земле же удар, образовавший Луну, повлиял на нашу планету и ее ядро, создавая турбулентное перемешивание, которое нарушало любое композиционное наслаивание и создавало одинаковое сочетание элементов повсюду. При такой однородности ядро начало конвекцию в целом и легко перегоняло тепло в мантию. Дальше за дело взялось тектоническое движение плит, и довело это тепло до поверхности. Внутреннее ядро стало «динамомашиной», которая создала сильное глобальное магнитное поле нашей планеты.
Пока еще не ясно, насколько стабильными будут эти композиционные слои. Следующий шаг, говорят , заключается в том, чтобы получить более точное численное моделирование динамики жидкости.
Исследователи отмечают, что Венера, несомненно, тоже пережила свою долю больших ударов по мере роста ее массы. Но, по-видимому, ни один из них не ударил по планете достаточно сильно — или достаточно поздно — чтобы сорвать композиционное наслаивание, которое уже было создано в ее ядре.
Наличие или отсутствие у планет магнитного поля связывают с их внутренним строением. На всех планетах земной группы есть собственное магнитное поле. Самыми сильными магнитными полями обладают планеты-гиганты и Земля . 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 .
См. также
Напишите отзыв о статье "Магнитное поле планет"
Примечания
Отрывок, характеризующий Магнитное поле планет
Наташа сбросила с себя платок, который был накинут на ней, забежала вперед дядюшки и, подперши руки в боки, сделала движение плечами и стала.Где, как, когда всосала в себя из того русского воздуха, которым она дышала – эта графинечка, воспитанная эмигранткой француженкой, этот дух, откуда взяла она эти приемы, которые pas de chale давно бы должны были вытеснить? Но дух и приемы эти были те самые, неподражаемые, не изучаемые, русские, которых и ждал от нее дядюшка. Как только она стала, улыбнулась торжественно, гордо и хитро весело, первый страх, который охватил было Николая и всех присутствующих, страх, что она не то сделает, прошел и они уже любовались ею.
Она сделала то самое и так точно, так вполне точно это сделала, что Анисья Федоровна, которая тотчас подала ей необходимый для ее дела платок, сквозь смех прослезилась, глядя на эту тоненькую, грациозную, такую чужую ей, в шелку и в бархате воспитанную графиню, которая умела понять всё то, что было и в Анисье, и в отце Анисьи, и в тетке, и в матери, и во всяком русском человеке.
– Ну, графинечка – чистое дело марш, – радостно смеясь, сказал дядюшка, окончив пляску. – Ай да племянница! Вот только бы муженька тебе молодца выбрать, – чистое дело марш!
– Уж выбран, – сказал улыбаясь Николай.
– О? – сказал удивленно дядюшка, глядя вопросительно на Наташу. Наташа с счастливой улыбкой утвердительно кивнула головой.
– Еще какой! – сказала она. Но как только она сказала это, другой, новый строй мыслей и чувств поднялся в ней. Что значила улыбка Николая, когда он сказал: «уж выбран»? Рад он этому или не рад? Он как будто думает, что мой Болконский не одобрил бы, не понял бы этой нашей радости. Нет, он бы всё понял. Где он теперь? подумала Наташа и лицо ее вдруг стало серьезно. Но это продолжалось только одну секунду. – Не думать, не сметь думать об этом, сказала она себе и улыбаясь, подсела опять к дядюшке, прося его сыграть еще что нибудь. 3 октября 2016 в 12:40
Магнитные щиты планет. О разнообразии источников магнитосфер в солнечной системе
- Научно-популярное ,
- Космонавтика ,
- Астрономия
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
