Magnetische Schilde von Planeten. Über die Vielfalt der Magnetosphärenquellen im Sonnensystem

6 von 8 Planeten des Sonnensystems haben ihre eigenen Magnetfeldquellen, die die Strömungen geladener Teilchen des Sonnenwinds ablenken können. Das Raumvolumen um den Planeten, in dem der Sonnenwind von der Flugbahn abweicht, wird als Magnetosphäre des Planeten bezeichnet. Trotz der Gemeinsamkeit der physikalischen Prinzipien der Magnetfelderzeugung variieren die Magnetismusquellen wiederum stark zwischen verschiedenen Planetengruppen in unserem Sternensystem.

Die Untersuchung der Vielfalt von Magnetfeldern ist insofern interessant, als das Vorhandensein der Magnetosphäre vermutlich eine wichtige Voraussetzung für die Entstehung von Leben auf dem Planeten oder seinem natürlichen Satelliten ist.

Eisen und Stein

Auf den terrestrischen Planeten sind starke Magnetfelder eher die Ausnahme als die Regel. Die stärkste Magnetosphäre in dieser Gruppe ist unser Planet. Der feste Erdkern besteht angeblich aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die durch den radioaktiven Zerfall schwerer Elemente erhitzt wird. Diese Energie wird durch Konvektion im flüssigen Außenkern auf den Silikatmantel übertragen ( mehr ). Bis vor kurzem galten thermokonvektive Prozesse im äußeren Metallkern als Hauptquelle für geomagnetische Dynamos. Studien der letzten Jahre widerlegen diese Hypothese jedoch .

Die Wechselwirkung der Magnetosphäre des Planeten (in diesem Fall der Erde) mit dem Sonnenwind. Die Sonnenwindströmungen verformen die Magnetosphären der Planeten, die die Form eines stark verlängerten magnetischen „Schwanzes“ haben, der in die entgegengesetzte Richtung von der Sonne gerichtet ist. Jupiters magnetischer Schwanz erstreckt sich über mehr als 600 Millionen km.

Vermutlich könnte die Quelle des Magnetismus während der Existenz unseres Planeten eine komplexe Kombination verschiedener Mechanismen zur Erzeugung eines Magnetfelds sein: anfängliche Feldinitialisierung aus einer alten Kollision mit einem Planetoid; nichtthermische Konvektion verschiedener Phasen von Eisen und Nickel im äußeren Kern; die Freisetzung von Magnesiumoxid aus einem kühlenden äußeren Kern; Gezeiteneinfluss von Mond und Sonne usw.

Die Eingeweide der "Schwester" der Erde - Venus erzeugen praktisch kein Magnetfeld. Wissenschaftler diskutieren immer noch die Gründe für den fehlenden Dynamoeffekt. Einige machen die langsame tägliche Rotation des Planeten dafür verantwortlich, während andere einwenden, dass dies ausreichen sollte, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Höchstwahrscheinlich befindet sich die Materie in der inneren Struktur des Planeten, die sich von der Erde unterscheidet ( mehr ).

Es ist erwähnenswert, dass die Venus die sogenannte induzierte Magnetosphäre hat, die durch die Wechselwirkung des Sonnenwinds und der Ionosphäre des Planeten erzeugt wird.

Sie ist der Erde um die Länge eines Sternentages Mars am nächsten (wenn nicht sogar identisch). Der Planet dreht sich in 24 Stunden um seine Achse, genau wie die beiden oben beschriebenen „Kollegen“. Der Riese besteht aus Silikaten und einem Viertel eines Eisen-Nickel-Kerns. Der Mars ist jedoch um eine Größenordnung leichter als die Erde, und laut Wissenschaftlern hat sich sein Kern relativ schnell abgekühlt, sodass der Planet keinen Dynamogenerator hat. Die innere Struktur der Eisensilikatplaneten der Erdgruppe




Paradoxerweise ist Merkur der zweite Planet in der Erdgruppe, der sich seiner eigenen Magnetosphäre „rühmen“ kann - der kleinste und leichteste aller vier Planeten. Seine Nähe zur Sonne bestimmte die spezifischen Bedingungen, unter denen sich der Planet bildete. Im Gegensatz zu anderen Planeten der Gruppe hat Merkur einen extrem hohen relativen Eisenanteil an der Masse des gesamten Planeten - durchschnittlich 70%. Seine Umlaufbahn hat die stärkste Exzentrizität (das Verhältnis des nächsten Umlaufbahnpunkts von der Sonne zum entferntesten) unter allen Planeten des Sonnensystems. Diese Tatsache sowie die Nähe von Merkur zur Sonne verstärken den Gezeiteneffekt auf den Eisenkern des Planeten.

Schema der Quecksilbermagnetosphäre mit einem überlagerten Diagramm der magnetischen Induktion

Wissenschaftliche Daten von Raumfahrzeugen legen nahe, dass das Magnetfeld durch die Bewegung von Metall im Kern von Quecksilber erzeugt wird, das durch die Gezeitenkräfte der Sonne geschmolzen wird. Das magnetische Moment dieses Feldes ist 100-mal schwächer als das der Erde und die Größen sind vergleichbar mit den Größen der Erde, nicht zuletzt aufgrund des starken Einflusses des Sonnenwinds.

Magnetfelder der Erde und der Planeten der Riesen. Die rote Linie ist die Achse der täglichen Rotation der Planeten (2 - die Neigung der Pole des Magnetfelds zu dieser Achse). Die blaue Linie ist der Äquator der Planeten (1 - der Äquator neigt sich zur Ekliptikebene). Magnetfelder sind gelb dargestellt (3 - Magnetfeldinduktion, 4 - Magnetosphärenradius in den Radien der entsprechenden Planeten)

Metallriesen

Die Riesenplaneten Jupiter und Saturn haben große Gesteinskerne mit einem Gewicht von 3 bis 10 terrestrischen Planeten, die von mächtigen Gaspatronen umgeben sind, die den größten Teil der Masse der Planeten ausmachen. Diese Planeten besitzen jedoch extrem große und mächtige Magnetosphären, und ihre Existenz kann nicht nur durch den Dynamoeffekt in Steinkernen erklärt werden. Ja, und es ist zweifelhaft, dass unter solch einem enormen Druck ähnliche Phänomene wie im Kern der Erde möglich sind.

Der Schlüssel zur Lösung liegt in der Wasserstoff-Helium-Hülle der Planeten. Mathematische Modelle zeigen, dass im Darm dieser Planeten Wasserstoff aus einem gasförmigen Zustand allmählich in einen Zustand aus superfluidem und supraleitendem flüssig-metallischem Wasserstoff übergeht. Es wird als metallisch bezeichnet, da Wasserstoff bei solchen Druckwerten die Eigenschaft von Metallen aufweist. Die innere Struktur von Jupiter und Saturn




Jupiter und Saturn haben, wie es für Riesenplaneten charakteristisch ist, die große Wärmeenergie, die sich während der Bildung der Planeten angesammelt hat, im Darm zurückgehalten. Die Konvektion von metallischem Wasserstoff überträgt diese Energie auf die Gashülle der Planeten und bestimmt die klimatische Situation in der Atmosphäre von Riesen (Jupiter strahlt doppelt so viel Energie in den Weltraum, wie er von der Sonne erhält). Die Konvektion in metallischem Wasserstoff bildet in Kombination mit der schnellen täglichen Rotation von Jupiter und Saturn vermutlich starke planetare Magnetosphären.


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Die Eisriesen Uranus und Neptun sind sich in Größe und Masse so ähnlich, dass sie nach Erde und Venus als das zweite Zwillingspaar in unserem System bezeichnet werden können. Ihre starken Magnetfelder nehmen eine Zwischenposition zwischen den Magnetfeldern der Gasriesen und der Erde ein. Aber auch hier "entschied" sich die Natur, ein Original zu machen. Der Druck in den Eisensteinkernen dieser Planeten ist immer noch zu groß für einen Dynamoeffekt wie die Erde, aber nicht genug, um eine Schicht aus metallischem Wasserstoff zu bilden. Der Kern des Planeten ist von einer dicken Eisschicht aus einer Mischung von Ammoniak, Methan und Wasser umgeben. Dieses „Eis“ ist eigentlich eine extrem heiße Flüssigkeit, die nicht nur aufgrund des kolossalen Drucks der Atmosphären der Planeten kocht. Die innere Struktur von Uranus und Neptun

Die Achse des Magnetfeldes von Uranus ist wie Neptun relativ zum Zentrum des Planeten stark verschoben. Rechts ist die atmosphärische Strahlung an den Magnetpolen von Uranus (weißer Fleck) zu sehen, die vom Hubble-Teleskop aufgenommen wurde.

Wie bei Gasriesen wird die Wärme aus den Eingeweiden der Planeten durch konvektive Prozesse an die Atmosphäre von Neptun und Uranus übertragen. Mathematische Modelle zeigen, dass eine Flüssigkeit aus Methan, Ammoniak und Wasser eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. In einer bestimmten Tiefe dieses Eismantels wird der Druck in einer dünnen Schicht günstig, so dass der hydrodynamische Effekt der Konvektion beginnt, Magnetfelder der Planeten zu erzeugen.

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