Boucliers magnétiques des planètes. Sur la diversité des sources de magnétosphères du système solaire

6 des 8 planètes du système solaire ont leurs propres sources de champs magnétiques, capables de dévier les flux de particules chargées du vent solaire. Le volume d'espace autour de la planète, dans lequel le vent solaire s'écarte de la trajectoire, est appelé la magnétosphère de la planète. Malgré la similitude des principes physiques de la génération de champ magnétique, les sources du magnétisme, à leur tour, varient considérablement entre les différents groupes de planètes de notre système stellaire.

L'étude de la diversité des champs magnétiques est intéressante en ce que la présence de la magnétosphère est vraisemblablement une condition importante pour l'émergence de la vie sur la planète ou son satellite naturel.

Fer et pierre

Dans les planètes terrestres, les champs magnétiques puissants sont l'exception plutôt que la règle. La magnétosphère la plus puissante de ce groupe est notre planète. Le noyau solide de la Terre serait constitué d'un alliage fer-nickel chauffé par la désintégration radioactive d'éléments lourds. Cette énergie est transférée par convection dans le noyau externe liquide vers le manteau de silicate ( plus ). Jusqu'à récemment, les processus de convection thermique dans le noyau externe métallique étaient considérés comme la principale source de dynamo géomagnétique. Cependant, les études de ces dernières années réfutent cette hypothèse .

L'interaction de la magnétosphère de la planète (dans ce cas, la Terre) avec le vent solaire. Les flux de vent solaire déforment les magnétosphères des planètes, qui ont la forme d'une «queue» magnétique fortement allongée dirigée dans la direction opposée au Soleil. La queue magnétique de Jupiter s'étend sur plus de 600 millions de kilomètres.

Vraisemblablement, la source du magnétisme pendant l'existence de notre planète pourrait être une combinaison complexe de divers mécanismes pour générer un champ magnétique: initialisation du champ initial à partir d'une ancienne collision avec un planétoïde; convection non thermique de diverses phases de fer et de nickel dans le noyau externe; la libération d'oxyde de magnésium d'un noyau externe de refroidissement; influence des marées de la lune et du soleil, etc.

Les entrailles de la "sœur" de la Terre - Vénus ne génèrent pratiquement pas de champ magnétique. Les scientifiques discutent toujours des raisons du manque d'effet dynamo. Certains le blâment sur la lente rotation quotidienne de la planète, tandis que d'autres objectent que cela aurait dû être suffisant pour générer un champ magnétique. Très probablement, la question se trouve dans la structure interne de la planète, qui est différente de la terre ( plus en détail ).

Il convient de mentionner que Vénus possède la soi-disant magnétosphère induite, créée par l'interaction du vent solaire et de l'ionosphère de la planète.

Elle est la plus proche (pour ne pas dire identique) de la Terre par la longueur d'un jour stellaire Mars. La planète tourne autour de son axe en 24 heures, tout comme les deux «collègues» décrits ci-dessus, le géant est constitué de silicates et d'un quart d'un noyau fer-nickel. Cependant, Mars est un ordre de grandeur plus léger que la Terre et, selon les scientifiques, son noyau s'est refroidi relativement rapidement, de sorte que la planète n'a pas de générateur de dynamo. La structure interne des planètes silicate de fer du groupe terrestre




Paradoxalement, la deuxième planète du groupe terrestre qui peut «se vanter» de sa propre magnétosphère est Mercure - la plus petite et la plus légère des quatre planètes. Sa proximité avec le Soleil a prédéterminé les conditions spécifiques dans lesquelles la planète s'est formée. Ainsi, contrairement aux autres planètes du groupe, Mercure a une proportion relative de fer extrêmement élevée par rapport à la masse de la planète entière - une moyenne de 70%. Son orbite a l'excentricité la plus forte (le rapport du point d'orbite le plus proche du Soleil au plus éloigné) parmi toutes les planètes du système solaire. Ce fait, ainsi que la proximité de Mercure avec le Soleil, renforcent l'effet de marée sur le noyau de fer de la planète.

Schéma de la magnétosphère de Mercure avec un graphique superposé d'induction magnétique Les

données scientifiques obtenues par les vaisseaux spatiaux suggèrent que le champ magnétique est généré par le mouvement du métal dans le noyau de Mercure fondu par les forces de marée du Soleil. Le moment magnétique de ce champ est 100 fois plus faible que celui de la Terre, et les tailles sont comparables aux tailles de la Terre, notamment en raison de la forte influence du vent solaire.

Champs magnétiques de la Terre et planètes de géants. La ligne rouge est l'axe de rotation quotidienne des planètes (2 - l'inclinaison des pôles du champ magnétique vers cet axe). La ligne bleue est l'équateur des planètes (1 - l'équateur s'incline vers le plan écliptique). Les champs magnétiques sont représentés en jaune (3 - induction du champ magnétique, 4 - rayon de la magnétosphère dans les rayons des planètes correspondantes)

Géants métalliques

Les planètes géantes Jupiter et Saturne ont de grands noyaux rocheux, pesant 3 à 10 de terre, entourés de puissantes coquilles de gaz, qui représentent la grande majorité de la masse des planètes. Cependant, ces planètes possèdent des magnétosphères extrêmement grandes et puissantes, et leur existence ne peut pas être expliquée uniquement par l'effet dynamo dans les noyaux de pierre. Oui, et il est douteux que sous une pression aussi énorme, des phénomènes similaires à ceux qui se produisent au cœur de la Terre y soient généralement possibles.

La clé de la solution réside dans l'enveloppe hydrogène-hélium des planètes. Les modèles mathématiques montrent que dans les entrailles de ces planètes, l'hydrogène d'un état gazeux passe progressivement à un état de liquide superfluide et supraconducteur - l'hydrogène métallique. Il est appelé métallique en raison du fait qu'à de telles valeurs de pression, l'hydrogène présente la propriété des métaux. La structure interne de Jupiter et Saturne




Jupiter et Saturne, comme cela est caractéristique des planètes géantes, ont conservé dans les entrailles la grande énergie thermique accumulée lors de la formation des planètes. La convection de l'hydrogène métallique transfère cette énergie à la coquille de gaz des planètes, déterminant la situation climatique dans les atmosphères des géants (Jupiter rayonne dans l'espace deux fois plus d'énergie qu'il reçoit du Soleil). La convection dans l'hydrogène métallique, combinée à la rotation diurne rapide de Jupiter et de Saturne, forme vraisemblablement de puissantes magnétosphères planétaires.


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Les géants des glaces Uranus et Neptune sont tellement similaires en taille et en masse qu'ils peuvent être appelés la deuxième paire de jumeaux de notre système, après la Terre et Vénus. Leurs puissants champs magnétiques occupent une position intermédiaire entre les champs magnétiques des géantes gazeuses et la Terre. Cependant, même ici, la nature a "décidé" de faire un original. La pression dans les noyaux de pierre de fer de ces planètes est encore trop élevée pour un effet dynamo comme la Terre, mais pas suffisante pour former une couche d'hydrogène métallique. Le cœur de la planète est entouré d'une épaisse couche de glace issue d'un mélange d'ammoniac, de méthane et d'eau. Cette «glace» est en fait un liquide extrêmement chaud qui ne bout pas uniquement à cause de la pression colossale des atmosphères des planètes. La structure interne d'Uranus et de Neptune

L'axe du champ magnétique d'Uranus, comme Neptune, est fortement décalé par rapport au centre de la planète. À droite se trouve le rayonnement atmosphérique aux pôles magnétiques d'Uranus (tache blanche) pris par le télescope Hubble.

Comme dans le cas des géantes gazeuses, la chaleur des entrailles des planètes est transférée par des processus convectifs à l'atmosphère de Neptune et Uranus. Les modèles mathématiques montrent qu'un liquide de méthane, d'ammoniac et d'eau a une conductivité électrique élevée. À une certaine profondeur de ce manteau de glace, dans une couche mince, la pression devient favorable de sorte que l'effet hydrodynamique de la convection commence à générer des champs magnétiques des planètes.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398061/