|
Уникальные особенности Ганимеда
|
|
|
|
Ганимед — не только крупнейший спутник Юпитера, но и самый большой в нашей Солнечной системе, а также один из немногих, обладающих массивным ледяным океаном. Уникальность этого планетоподобного спутника заключается в том, что среди сотен спутников в нашей Солнечной системе Ганимед — единственный, который генерирует собственное магнитное поле. Хотя преобладало мнение, что Ганимед генерирует это магнитное поле за счет конвекции в уже сформированном ядре, эта идея до сих пор вызывает сомнения.
|
|
|
|
Теперь новая модель внутренней эволюции Ганимеда предполагает, что могут действовать другие процессы. Новая модель, описанная в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, указывает на то, что ядро Ганимеда на самом деле все еще формируется, и именно это формирование приводит в движение магнитное поле.
|
|
|
|
Загадочный магнитный динамо-эффект Ганимеда
|
|
|
|
Магнитные поля небесных тел создаются активными магнитными динамо-эффектами — природными процессами, при которых движение электропроводящей жидкости, такой как расплавленное железо в ядре планеты или плазма в звезде, генерирует и поддерживает магнитное поле. Существует теория, что магнитное поле Ганимеда генерируется конвекцией «железного снега», когда затвердевшие хлопья железа падают сквозь жидкое ядро. Это движение создает магнитное поле.
|
|
|
|
Процесс аккреции, происходящий во время формирования планетарного тела, может генерировать тепло, необходимое для образования ядра за счет дифференциации металлов. Этот процесс действует как магнитный динамо-эффект. Как правило, если происходит достаточное нагревание от аккреции, процесс должен завершиться в течение 1–200 миллионов лет после образования Солнечной системы (нашей Солнечной системе сейчас около 4,6 миллиарда лет).
|
|
|
|
|
|
|
Затем магнитное поле рассеивается. Из-за этого многие спутники Солнечной системы, такие как Луна Земли, сформировали уже остывшие ядра, которые больше не генерируют магнитные поля. Даже Марс, который немного больше Ганимеда, уже прошёл весь этот процесс и теперь лишён собственного внутреннего магнитного поля.
|
|
|
|
С другой стороны, некоторые планетарные тела никогда не нагреваются до температуры, достаточной для образования ядра, и никогда не генерируют собственное магнитное поле. Авторы исследования объясняют, что некоторые ледяные спутники, вероятно, образовались после распада радиоактивного алюминия, который мог способствовать нагреву их внутренней части, и слишком малы, чтобы сформировать металлическое ядро, используя только аккреционное тепло, что может задержать или предотвратить образование ядра вообще.
|
|
|
|
Всё это поднимает вопросы о том, почему у Ганимеда до сих пор существует активное магнитное динамо. Учитывая существенные доказательства того, что у Ганимеда действительно есть металлическое ядро и активное магнитное динамо, авторы считают, что его нагрев должен был быть отложен.
|
|
|
|
С другой стороны, некоторые планетарные тела никогда не нагреваются до такой степени, чтобы сформировать ядро, и никогда не генерируют собственное магнитное динамо. Холодное начало для долговременного формирования
|
|
|
|
Чтобы выяснить, как и почему у Ганимеда до сих пор активен магнитный динамо-механизм, команда, участвовавшая в новом исследовании, использовала одномерные модели термической эволюции для моделирования того, что произошло бы во внутренней части Ганимеда, если бы у него был «холодный старт». Команда протестировала ряд параметров в модели, включая начальный состав Ганимеда, содержание воды и прошлый приливный нагрев, чтобы определить, какие сценарии могли бы поддерживать динамо-механизм.
|
|
|
|
Новые модели показывают, что магнитный динамо-механизм Ганимеда может питаться за счет продолжающегося медленного формирования ядра, а не за счет долго охлаждавшегося ядра с железистым снегом. Согласно моделям, постепенное нагревание внутренней части Ганимеда может по-прежнему вызывать отделение и опускание железа, перемешивая ядро и поддерживая магнитное поле. Они утверждают, что источниками тепла в модели являются радиоактивные изотопы, гравитационная энергия от формирования ядра и приливный нагрев. Модель основана на предположении, что Ганимед имеет систему Fe-FeS с более низким диапазоном температур плавления, чем у других сплавов железа.
|
|
|
|
«Наши модели показывают, что наблюдаемое динамо Ганимеда согласуется с продолжающимся формированием ядра, процессом, который еще не наблюдался в других местах. Если Ганимед имеет ядро из Fe-FeS с субэвтектическим составом, то постепенное нагревание мантии может вытеснять плотный расплав железа на растущее протоядро и перемешивать жидкий металл, поддерживая динамо в течение миллиардов лет», — пишут авторы исследования.
|
|
|
|
Последствия для других спутников
|
|
|
|
Понимание процесса формирования ядра Ганимеда может помочь исследователям узнать больше об эволюции и генерации магнитного поля и на других спутниках. Например, команда утверждает, что Европа, возможно, пережила более теплую эволюцию, чем Ганимед, что делает менее вероятным продолжающееся формирование ядра в их моделях.
|
|
|
|
Они также утверждают, что в Каллисто существовали неблагоприятные условия для динамо-эффекта в ядре: «Каллисто, вероятно, развивалась по противоположному, более холодному пути. Классическая загадка при сравнении Ганимеда и Каллисто заключается в их схожих размерах, объемной плотности и смежных орбитах. Часто предполагается, что Каллисто частично состоит из льда и породы, но негидростатические эффекты могли завысить предполагаемый момент инерции, оставляя открытой возможность наличия металлического ядра. Наши модели показывают, что более поздняя аккреция, усиленное выщелачивание при 40 К, более высокое соотношение льда и породы и меньший размер могли препятствовать продолжающемуся формированию ядра в Каллисто».
|
|
|
|
Источник
|
