Planeternes magnetfelt

Tilstedeværelsen eller fraværet af et magnetfelt i kosmiske legemer er forbundet med deres indre struktur.

Et permanent magnetfelt er ikke muligt, da temperaturen ved kernerne af planeterne i solsystemet er meget højere end Curie-punktet . Mange forklaringer er blevet foreslået for naturen af ​​planeternes indre magnetisme; såsom den termoelektriske effekt eller magnetiske monopoler har ikke tilfredsstillende fysiske grunde, eller de giver felter, der er meget mindre i størrelsesorden end de observerede. I øjeblikket er teorien om magnetohydrodynamisk dynamo generelt accepteret : et magnetfelt genereres på grund af konvektionsstrømme i en væskeledende kerne [1] . Det blev foreslået i 1919 af J. Larmor (på det tidspunkt for at forklare solpletternes magnetisme ) [2] , derefter blev det teoretiske grundlag for teorien udviklet af W. Elsasser i 1939 [3] og E. Belord i 1949 år [4] .

En nødvendig betingelse for generering af et magnetfelt er således tilstedeværelsen af ​​en flydende kerne, der leder strøm, og strømninger skal finde sted i den. Sandt nok, med hensyn til deres oprindelse er der ingen så væsentlig sikkerhed som angående teorien om den magnetiske dynamo som helhed; således blev der for eksempel foreslået hypoteser om præcession og tidevandskræfter. Den mest sandsynlige årsag til sådanne strømme og som følge heraf den energikilde, der kompenserer for tab på grund af termisk spredning, er termokemisk konvektion [5] . Det er vist, at i dets fravær ville Jordens magnetfelt henfalde med en faktor på hvert 15.000 år, hvilket er ubetydeligt i forhold til Jordens alder - 4,5 milliarder år [1] . Derudover er det netop fraværet af konvektive strømme, der tilsyneladende er ansvarlig for svagheden af ​​Venus magnetfelt [6] .

Det magnetiske felt i solsystemets kroppe studeres både eksperimentelt - gennem rumforskning - og teoretisk - gennem simulering. Sidstnævnte kræver løsning af et system af ikke-lineære ligninger i partielle derivater ( Navier-Stokes-ligningen , den magnetiske induktionsligning osv.), Som inkluderer parametre, hvis værdier er ekstremt små under betingelserne for planetkerner. Således er Ekman-tallet , som udtrykker forholdet mellem viskositeten og Coriolis-kraften , omkring 10 −15 , og det magnetiske Prandtl-tal , som er ansvarlig for forholdet mellem viskositeten og Lorentz-kraften,  er 10 −6 . Disse værdier er stadig uopnåelige både i numeriske simuleringer og i eksperimenter for at rekonstruere den magnetiske dynamo under laboratorieforhold. Sidstnævnte er ikke desto mindre nyttige i forhold til at forstå mekanismen [1] .

Det magnetiske felt på planeterne og satellitterne på planeterne i solsystemet

Solsystemets planeter er opdelt i 3 grupper: terrestriske , hvoraf nogle har en flydende metalkerne; gasgiganterne Jupiter og Saturn , overvejende sammensat af brint og helium; og isgiganterne Uranus og Neptun med en tyk gasatmosfære , men som også indeholder tungere grundstoffer end Solen . De fleste data om Jordens magnetfelt , da observationerne er mere nøjagtige og har en længere historie; seismologiske undersøgelser giver information om vores planets indre struktur [1] .

Mercury

Med en ret stor [7] flydende kerne har Merkur et magnetfelt genereret af samme mekanisme som i Jorden, men ikke så stærkt [8] . Den stærke orbitale excentricitet og nærheden til Solen skaber tidevandseffekter og cirkulation i planetens store kerne. Spin-orbit-resonansen 3:2 kan også have en effekt.

Venus

Venus og Jorden har lignende størrelser, gennemsnitlig tæthed og endda indre struktur, dog har Jorden et ret stærkt magnetfelt, mens Venus ikke har (det magnetiske moment af Venus overstiger ikke 5-10% af Jordens magnetfelt ) . Ifølge en af ​​de moderne teorier afhænger intensiteten af ​​det dipolmagnetiske felt af polaraksens præcession og rotationsvinkelhastigheden . Det er disse parametre på Venus, der er ubetydelige, men målinger indikerer en endnu lavere intensitet, end teorien forudsiger. Moderne antagelser om Venus' svage magnetfelt er, at der ikke er nogen konvektive strømninger i Venus' formentlig jernkerne [6] [9] . Dette kan igen forklares med fraværet af pladetektonik, hvis årsag heller ikke er klarlagt endnu. Måske er dette fraværet af vand, som spiller rollen som en slags smøremiddel i denne proces [10] [11] . Eller måske, på grund af høj temperatur, størkner skorpen ikke, og på grund af dette kan enten plader, der ligner Jordens, ikke dannes, eller vulkanismen bliver mere aktiv, som et resultat af, at der ikke er nok energi til konvektiv bevægelse af strømninger i kernen [12] . På den anden side er det muligt, at der tværtimod ikke er vand på overfladen af ​​Venus netop på grund af fraværet af et magnetfelt [13] . Venus har ikke store satellitter, der er i stand til at forårsage tidevandsprocesser i kernen og kappen (som på Jorden), og dens kredsløb er tættest på en cirkulær.

Mars

Mars' stærke restmagnetisme, opdaget af Mars Global Surveyor [14] , indikerer en dynamo, der opstod tidligere og døde ud omkring 350 millioner år efter dannelsen af ​​planeten, tilsyneladende på grund af kernens størkning [1] [15 ] [16] . Ifølge en hypotese kredsede en stor asteroide om Mars, hvilket forårsagede tidevandseffekter, der ikke tillod kernen at køle af. Så faldt asteroiden til Roche-grænsen og kollapsede. Som en konsekvens - afkøling af kernen, henfald af magnetfeltet og udryddelse af geologiske processer. De eksisterende satellitter er for små til at forårsage gravitationsforstyrrelser i planetens indvolde. Planeten er også ret langt fra Solen på trods af dens stærkt elliptiske kredsløb.

Månen

Som i tilfældet med Mars er Månens kerne størknet fuldstændigt [15] , men der er fundet spor af resterende magnetisme i dens skorpe. Dette kan også indikere en tidligere fungerende dynamo, men det er også muligt, at disse er konsekvenserne af meteoritnedslag [5] [1] .

Ganymede

Det er bevist, at dette er den eneste satellit, hvori en aktiv dynamo forekommer, som i Jorden og Merkur, på grund af konvektive strømme i den væskeledende kerne (sandsynligvis forblev det sådan på grund af tidevandsopvarmning på grund af orbital resonans og tyngdekraften af Jupiter [17] ). Dens magnetiske dipols akse er rettet mod Jupiters magnetiske moment. Derudover har Ganymedes også et induceret felt forårsaget af dets bevægelse i Jupiters stærke magnetfelt [18] [19] .

Andre måner på de gigantiske planeter

Ingen af ​​de andre store satellitter i solsystemet har et stærkt magnetfelt genereret af interne kilder. På Jupiters indre satellitter observeres kun et induceret felt [1] .

Jupiter og Saturn

Kæmpeplaneterne har ikke kerner, der hovedsageligt består af jern, men i kernerne af Jupiter og Saturn er der brint i den flydende metalfase . Den hurtige rotation af disse kerner fører til lanceringen af ​​dynamoen, som skaber et stærkt magnetfelt. Dens dipols akse nær Jupiter hælder ligesom Jorden med omkring 10° i forhold til rotationsaksen [20] , mens den for Saturn praktisk talt falder sammen med den [15] [21] .

Uranus og Neptun

De magnetiske felter i Uranus og Neptun er, i modsætning til alle andre planeter i solsystemet, ikke dipoler , men quadrupol , det vil sige, at de har 2 nord- og 2 sydpoler [22] [21] [23] . I deres kerner er strømledere ioner; generelt er arten af ​​deres områder ikke helt klar [15] . Måske dannes de på relativt lave dybder, såsom i et hav af flydende ammoniak , i en tynd konvektiv skal, der omgiver et flydende indre, der har en stabil lagdelt struktur [24] .

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Chris A. Jones. Planetariske magnetfelter og væskedynamoer   // Årlig gennemgang af væskemekanik. — Årlige anmeldelser , 2011. — Vol. 43 . - S. 583-614 .
  2. ↑ Larmor, J. Hvordan kunne et roterende legeme som Solen blive en magnet // Reports of the British Association. - 1919. - T. 87 . - S. 159-160 .
  3. ↑ Walter M. Elsasser. Om oprindelsen af ​​jordens magnetfelt: [ eng. ] // Fysisk. Rev. . - 1939. - T. 55, no. 5 (1. marts). - S. 489-498. - doi : 10.1103/PhysRev.55.489 .
  4. ↑ EC Bullard. Det magnetiske felt i jorden ] // Proc. R. Soc. Lond. A. - 1949. - T. 197, udg. 1051 (7. juli). - S. 433-453. - doi : 10.1098/rspa.1949.0074 .
  5. ↑ 1 2 D J Stevenson. Planetariske magnetfelter // Rapporter om fremskridt i fysik. - 1983. - T. 46, nr. 5. - S. 555. - doi : 10.1088/0034-4885/46/5/001 .
  6. ↑ 1 2 Venus: Magnetic Field and Magnetosphere Arkiveret 21. december 2008 på Wayback Machine  -  JG Luhmann og CT Russel, UCLA
  7. ↑ Guld, Lauren. Kviksølv har smeltet kerne, viser Cornell-forsker . Cornell University (3. maj 2007). Hentet 7. april 2008. Arkiveret fra originalen 22. maj 2012.
  8. ↑ Christensen UR En dyb dynamo, der genererer Merkurs  magnetfelt  // Nature . - 2006. - Bd. 444 . - doi : 10.1038/nature05342 . — PMID 17183319 .  (Få adgang: 12. juni 2011)
  9. ↑ Francis Nimmo. Hvorfor mangler Venus et magnetfelt?  : [ engelsk ] ] // Geologi. - 2002. - T. 30, no. 11 (november). - S. 987-990. - doi : 10.1130/0091-7613(2002)030<0987:WDVLAM>2.0.CO;2 .
  10. ↑ Jim Brown. Venus: Jordens søsterplanet  (engelsk) . Kursus "Astronomi 121: Solsystemet" (forår 2011) . University of Oregon (2011). Hentet 15. august 2017. Arkiveret fra originalen 25. oktober 2016.
  11. ↑ Mian, ZU og Tozer, DC Intet vand, ingen pladetektonik: konvektiv varmeoverførsel og de planetariske overflader på Venus og Jorden: [ eng. ] // Terra Nova. - 1990. - Bind 2, udgave. 5 (september). - S. 455-459. - doi : 10.1111/j.1365-3121.1990.tb00102.x .
  12. ↑ Xiang-Dong Li. Venus' magnetfelt og indre struktur  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . Skolen for astronomi og rumvidenskab, Nanjing Universitet. Hentet 15. august 2017. Arkiveret fra originalen 13. november 2017.
  13. ↑ Howard Falcon-Lang . Livet på jorden: Er vores planet speciel?  (engelsk) , BBC News  (9. december 2011). Arkiveret fra originalen den 15. august 2017. Hentet 15. august 2017.
  14. ↑ Acuna MH, Connerney JE, Ness NF, Lin RP, Mitchell D, Carlson CW, McFadden J, Anderson KA, Reme H, Mazelle C, Vignes D, Wasilewski P, Cloutier P. Global distribution af jordskorpemagnetisering opdaget af mars globale landmåler MAG/ER eksperiment  : [ eng. ] // Videnskab . - 1999. - T. 284, udg. 5415 (30. april). - S. 790-793. - doi : 10.1126/science.284.5415.790 .
  15. ↑ 1 2 3 4 Nigel Weiss. Dynamoer i planeter, stjerner og galakser  (engelsk)  // A&G. - 2002. - 1. juni ( bind 43 , udg. 3 ). - P. 3,9-3,14 . - doi : 10.1029/2000RG000102 .
  16. ↑ Valentine, Theresa; Amde, Lishan. Magnetiske felter og Mars . Mars Global Surveyor @ NASA (9. november 2006). Hentet 17. juli 2009. Arkiveret fra originalen 21. august 2011.
  17. ↑ Intetsigende; Showman, A. P.; Tobie, G. Ganymedes orbitale og termiske udvikling og dens effekt på magnetfeltgenerering  (engelsk)  // Lunar and Planetary Society Conference: tidsskrift. - 2007. - Marts ( bind 38 ). — S. 2020 .
  18. ↑ Kivelson, M.G.; Khurana, KK; Coroniti, FV et al. Ganymedes magnetfelt og magnetosfære  (engelsk)  // Geophys. Res. Lett. : journal. - 1997. - Bd. 24 , nr. 17 . - S. 2155-2158 . - doi : 10.1029/97GL02201 . - .
  19. ↑ Kivelson, M.G.; Khurana, KK; Coroniti, FV et al. The Permanent and Inductive Magnetic Moments of Ganymede  (engelsk)  // Icarus  : journal. - Elsevier , 2002. - Vol. 157 , nr. 2 . - s. 507-522 . - doi : 10.1006/icar.2002.6834 . - .
  20. ↑ Brainard, Jim . Jupiters magnetosfære , Astrophysics Spectator (22. november 2004). Arkiveret fra originalen den 12. juni 2020. Hentet 10. juni 2017.
  21. ↑ 1 2 Russell, CT Planetariske Magnetosfærer   // Rep . Prog. Phys. : journal. - 1993. - Bd. 56 . - s. 687-732 .
  22. ↑ "Planetariske systemer": Uranus . Hentet 10. november 2014. Arkiveret fra originalen 4. marts 2016.
  23. ↑ Ness, Norman F.; Acuna, Mario H.; Behannon, Kenneth W.; et al. Magnetiske felter ved Uranus   // Videnskab . - 1986. - Bd. 233 . - S. 85-89 .
  24. ↑ Stanley, Sabine; Bloxham, Jeremy. Konvektiv-regions geometri som årsag til Uranus' og Neptuns usædvanlige magnetfelter  (engelsk)  // Nature  : journal. - 2004. - Bd. 428 . - S. 151-153 . - doi : 10.1038/nature02376 . Arkiveret fra originalen den 7. august 2007. Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 10. juni 2017. Arkiveret fra originalen 7. august 2007. 

Litteratur

Links