الدروع المغناطيسية للكواكب. حول تنوع مصادر الغلاف المغناطيسي في النظام الشمسي

6 من أصل 8 كواكب في النظام الشمسي لها مصادرها الخاصة للمجالات المغناطيسية ، القادرة على تحويل تدفقات الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية. حجم الفضاء حول الكوكب ، الذي تنحرف فيه الرياح الشمسية عن المسار ، يسمى الغلاف المغناطيسي للكوكب. على الرغم من تشابه المبادئ الفيزيائية لتوليد المجال المغناطيسي ، فإن مصادر المغناطيسية ، بدورها ، تختلف اختلافًا كبيرًا بين مجموعات مختلفة من الكواكب في نظامنا النجمي.

إن دراسة تنوع المجالات المغناطيسية مثيرة للاهتمام من حيث أن وجود الغلاف المغناطيسي ، من المفترض ، هو شرط مهم لظهور الحياة على الكوكب أو قمره الطبيعي.

الحديد والحجر

في الكواكب الأرضية ، المجالات المغناطيسية القوية هي الاستثناء وليست القاعدة. أقوى كوكب مغناطيسي في هذه المجموعة هو كوكبنا. يفترض أن النواة الصلبة للأرض تتكون من سبيكة من النيكل الحديدي يتم تسخينها بواسطة التحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة. يتم نقل هذه الطاقة عن طريق الحمل الحراري في القلب الخارجي السائل إلى عباءة سيليكات ( المزيد ). حتى وقت قريب ، كانت عمليات الحمل الحراري الحرارية في النواة الخارجية المعدنية هي المصدر الرئيسي للدينامو المغنطيسي الأرضي. ومع ذلك ، فإن دراسات السنوات الأخيرة تدحض هذه الفرضية .

تفاعل الغلاف المغناطيسي للكوكب (في هذه الحالة ، الأرض) مع الرياح الشمسية. تتسبب الرياح الشمسية في تشويه الغلاف المغناطيسي للكواكب ، والتي تتخذ شكل "ذيل" مغناطيسي ممدود بقوة موجه في الاتجاه المعاكس للشمس. يمتد ذيل المشتري المغناطيسي لأكثر من 600 مليون كيلومتر.

من المفترض أن مصدر المغناطيسية أثناء وجود كوكبنا يمكن أن يكون مزيجًا معقدًا من الآليات المختلفة لتوليد مجال مغناطيسي: تهيئة المجال الأولي من اصطدام قديم مع كوكب. الحمل الحراري غير الحراري لمختلف مراحل الحديد والنيكل في النواة الخارجية ؛ إطلاق أكسيد المغنيسيوم من قلب خارجي بارد ؛ تأثير المد والجزر للقمر والشمس ، إلخ.

أحشاء "أخت" الأرض - الزهرة عمليا لا تولد مجالا مغناطيسيا. لا يزال العلماء يناقشون أسباب عدم وجود تأثير دينامو. يلقي البعض باللوم على الدوران البطيء اليومي للكوكب ، بينما يعترض البعض الآخر على أنه كان يجب أن يكون هذا كافيا لتوليد مجال مغناطيسي. على الأرجح ، المسألة في البنية الداخلية للكوكب ، والتي تختلف عن الأرض ( المزيد ).

ومن الجدير بالذكر أن كوكب الزهرة لديه ما يسمى الغلاف المغناطيسي المستحث ، الناتج عن تفاعل الرياح الشمسية والغلاف

الجوي المتأين للكوكب ، وهو الأقرب (إن لم يكن القول ، مطابقًا) للأرض بطول يوم نجمي المريخ. يدور الكوكب حول محوره في غضون 24 ساعة ، تمامًا مثل "الزميلين" الموصوفين أعلاه ، يتكون العملاق من سيليكات وربع من قلب الحديد والنيكل. ومع ذلك ، فإن كوكب المريخ أخف حجمًا من الأرض ، ووفقًا للعلماء ، فإن قلبه يبرد بسرعة نسبيًا ، لذلك لا يحتوي الكوكب على مولد دينامو. البنية الداخلية لكواكب سيليكات الحديد لمجموعة الأرض




ومن المفارقات ، أن الكوكب الثاني في مجموعة الأرض الذي يمكن أن "يتباهى" بغلافه المغناطيسي الخاص هو كوكب عطارد - أصغر وأخف الكواكب الأربعة. إن قربها من الشمس محدد سلفا للظروف المحددة التي تشكل فيها الكوكب. لذا ، على عكس الكواكب الأخرى في المجموعة ، يمتلك عطارد نسبة نسبية عالية جدًا من الحديد إلى كتلة الكوكب بأكمله - بمتوسط ​​70 ٪. يتمتع مدارها بأقوى انحراف (نسبة أقرب نقطة مدار من الشمس إلى أبعدها) بين جميع كواكب النظام الشمسي. هذه الحقيقة ، بالإضافة إلى قرب عطارد من الشمس ، تعزز تأثير المد والجزر على القلب الحديدي للكوكب.

مخطط الغلاف المغناطيسي الزئبقي مع رسم بياني متراكب للحث المغناطيسي

البيانات العلمية التي تم الحصول عليها بواسطة المركبات الفضائية تشير إلى أن المجال المغناطيسي يتولد عن حركة المعادن في قلب عطارد المنصهر بواسطة قوى المد والجزر للشمس. العزم المغناطيسي لهذا المجال أضعف 100 مرة من الأرض ، والأحجام قابلة للمقارنة بأحجام الأرض ، على الأقل بسبب التأثير القوي للرياح الشمسية.

المجالات المغناطيسية للأرض وكواكب العمالقة. الخط الأحمر هو محور الدوران اليومي للكواكب (2 - ميل أقطاب المجال المغناطيسي إلى هذا المحور). الخط الأزرق هو خط استواء الكواكب (1 - يميل خط الاستواء إلى مستوى مسير الشمس). المجالات المغناطيسية ممثلة باللون الأصفر (3 - تحريض المجال المغناطيسي ، 4 - نصف قطر الغلاف المغناطيسي في نصف قطر الكواكب المقابلة)

عمالقة معدنية

الكواكب العملاقة للمشتري وزحل لها نوى صخرية كبيرة ، تزن 3-10 أرضية ، محاطة بقذائف غازية قوية ، والتي تمثل الغالبية العظمى من كتلة الكواكب. ومع ذلك ، تمتلك هذه الكواكب أغلفة مغناطيسية كبيرة جدًا وقوية للغاية ، ولا يمكن تفسير وجودها إلا من خلال تأثير الدينامو في النوى الحجرية. نعم ، ومن المشكوك فيه أنه تحت مثل هذا الضغط الهائل ، هناك ظواهر مشابهة لتلك التي تحدث في قلب الأرض ممكنة بشكل عام هناك.

يكمن مفتاح الحل في غلاف الهيدروجين والهيليوم للكواكب. تظهر النماذج الرياضية أنه في أحشاء هذه الكواكب ، ينتقل الهيدروجين من الحالة الغازية تدريجياً إلى حالة من الهيدروجين المعدني فائق السوائل والموصل الفائق. يطلق عليه معدنية بسبب حقيقة أنه عند قيم الضغط هذه ، يعرض الهيدروجين خاصية المعادن. الهيكل الداخلي للمشتري وزحل




كوكب المشتري وزحل ، كما هو مميّز للكواكب العملاقة ، احتفظت في الأمعاء بالطاقة الحرارية الكبيرة المتراكمة أثناء تكوين الكواكب. ينقل الحمل الحراري من الهيدروجين المعدني هذه الطاقة إلى الغلاف الغازي للكواكب ، ويحدد الوضع المناخي في أجواء العمالقة (يشع المشتري في الفضاء ضعف الطاقة التي يستقبلها من الشمس). من المفترض أن الحمل الحراري في الهيدروجين المعدني ، جنبًا إلى جنب مع الدوران النهاري السريع للمشتري وزحل ، يشكلان أغلفة مغناطيسية كوكبية قوية.


, , «» . , ( , «» ). «».

يتشابه عملاقا الجليد أورانوس ونبتون مع بعضهما البعض في الحجم والكتلة بحيث يمكن تسميتهما بالزوج الثاني من التوائم في نظامنا ، بعد الأرض والزهرة. تحتل حقولها المغناطيسية القوية موقعًا وسيطًا بين الحقول المغناطيسية لعمالقة الغاز والأرض. ومع ذلك ، حتى هنا الطبيعة "قررت" لجعل الأصلي. لا يزال الضغط في نوى هذه الكواكب بالحجر الحديدي كبيرًا جدًا لتأثير دينامو مثل الأرض ، ولكنه ليس كافيًا لتشكيل طبقة من الهيدروجين المعدني. يحيط بقلب الكوكب طبقة سميكة من الجليد من مزيج من الأمونيا والميثان والمياه. هذا "الجليد" هو في الواقع سائل ساخن للغاية لا يغلي فقط بسبب الضغط الهائل للأجواء في الكواكب. البنية الداخلية لأورانوس ونبتون

يتم تحويل محور المجال المغناطيسي لأورانوس ، مثل نبتون ، بقوة بالنسبة لمركز الكوكب. إلى اليمين إشعاع الغلاف الجوي في القطبين المغناطيسيين لأورانوس (البقعة البيضاء) المأخوذ من تلسكوب هابل ،

كما هو الحال في عمالقة الغاز ، يتم نقل الحرارة من أحشاء الكواكب عن طريق عمليات الحمل الحراري إلى جو نبتون وأورانوس. تظهر النماذج الرياضية أن سائل الميثان والأمونيا والمياه له موصلية كهربائية عالية. على عمق معين من هذا الغطاء الجليدي ، في طبقة رقيقة ، يصبح الضغط مواتياً بحيث يبدأ التأثير الهيدروديناميكي للحمل الحراري في توليد المجالات المغناطيسية للكواكب.

Source: https://habr.com/ru/post/ar398061/