Kaip šis magnetinis laukas atsiranda ir ar tokį magnetinį lauką turi kiti pasauliai, kol kas iki galo nežinome.
Geležies vandenynai
Nauji planetų branduolių ir magnetinių laukų tyrimai atskleidžia daugiau naujų faktų ir rodo, kad 3 000 kilometrų po mūsų kojomis vyksta svarbių pokyčių.
Žemė turi maždaug 1 200 km skersmens kietą vidinį branduolį, kurį supa skystos geležies išorinis branduolys, besitęsiantis dar 2 200 km. Išoriniame branduolyje cirkuliuojant skystajam metalui, susidaro magnetinis laukas.
„Bandome suprasti didžiųjų geležies vandenynų, esančių tokiose planetose kaip Žemė, dinamiką, – sakė Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS) mokslininkas Michaelas Le Barsas. – Nuo tų vandenynų judėjimo priklauso planetų magnetinis laukas. O šis magnetinis laukas – vienas svarbiausių ingredientų, reikalingų gyvybei.“
Le Barsas šiuos klausimus tyrinėjo vykdydamas Europos projektą, kuriam skirtas ES finansavimas ir kurio tikslas – paskatinti pažangą šioje srityje, atliekant ir laboratorinius eksperimentus. Iniciatyva, vadinama FLUDYCO, pradėta įgyvendinti 2016 m. viduryje ir užbaigta 2021 m. pabaigoje.
Laboratorijose Le Barsas su komanda į vandens pripildytą guminį rutulį įšvirkštė dažų ir ėmė jį sukti, kad sfera deformuotųsi ir atkartotų potvyninių jėgų sukeliamas Žemės branduolio deformacijas.
Taip pat vandenyje jie susprogdino balioną, kuriame buvo skystojo metalo, vadinamo „Galinstan“, kad atkartotų planetos branduolio formavimąsi. Galiausiai tyrėjai stebėjo mažesnio ir didesnio tankio vandens sąveiką, siekdami ištirti išorinio branduolio konvekciją ir turbulenciją.
Komanda nustatė, kad cirkuliacija skystosios geležies branduolyje skatinama trimis būdais.
Kiekvienam pasauliui – savas būdas
Pirmasis būdas – metalinės geležies sūkuriavimas išoriniame branduolyje. Šis procesas, vadinamas konvekcija, atsiranda planetos branduoliui vėstant ir kietėjant.
Kitas būdas – potvyninių jėgų, kurias sukelia netoliese esančio objekto, galbūt panašaus į magnetinį mėnulį Ganimedą (jis sukasi aplink Jupiterį ir yra pavadintas graikų mitologijos veikėjo Trojos karalaičio Ganimedo vardu), gravitacinis spaudimas ir trauka.
Trečiasis būdas susijęs su sukietėjusios geležies kristalais – jie formuojasi skystajame išoriniame Žemės branduolyje ir skatina cirkuliaciją, o giliau branduolyje vyksta atvirkštinis procesas.
„Link vidurio sninga geležiniais ledo kristalais, kurie maišo skystį, – apie trečiąjį būdą pasakojo Marselyje įsikūrusios CNRS tyrimų vadovas Le Barsas. – Tai labai keistas procesas.“
Lieka neaišku, kuriuose pasauliuose koks būdas skatina magnetinių laukų atsiradimą ir ar tokiuose dujų milžinuose kaip Jupiteris negalėtų vykti kitokie procesai.
„Panašu, kad kiekviena planeta vis kitokia, – pripažino Le Barsas. – Nežinome, ar Ganimedo branduolyje vyksta konvekcija, ar jame sninga.“
2023 m. balandį paleistas ir 2031 m. Jupiterį pasieksiantis Europos erdvėlaivis skries aplink Ganimedą ir galbūt padės išsiaiškinti, kaip tokiuose pasauliuose susiformuoja magnetinis laukas.
Saulės sistemoje Saturnas, Uranas ir Neptūnas taip pat turi stiprius magnetinius laukus.
Stebėjimas iš orbitos
Dar vienas būdas tirti planetų branduolius – vykdyti netiesioginius jų matavimus.
Vykdant ES finansuojamą projektą „CoreSat“ tai buvo daroma iš orbitos, naudojant tris Europos kosmoso agentūros palydovus, tiriančius Žemės magnetinio lauko pokyčius.
Šiai iniciatyvai, kuri truko penkerius su puse metų ir baigėsi 2023 m. rugpjūtį, vadovavo netoli Kopenhagos esančio Danijos technikos universiteto Nacionalinio kosmoso instituto mokslininkas Chrisas Finlay'us.
Žemės magnetinis laukas gali sustiprėti ir susilpnėti, keisti struktūrą, taip pat magnetinių polių vietas dešimtimis kilometrų per metus, o kartais poliai netgi gali apsikeisti vietomis – manoma, kad tai įvyksta maždaug kas 100 000 metų.
Pasak Finlay'aus, palydovai rodo, kaip keičiasi magnetinis laukas.
Remdamiesi iš palydovų gautais duomenimis, Finlay'us su kolegomis bandė nustatyti aiškesnį magnetinio lauko, esančio ties riba tarp Žemės apatinės mantijos ir išorinio branduolio, vaizdą.
Magnetinis signalas
Vienas didžiausių sunkumų buvo branduolio magnetinio lauko signalą atskirti nuo kitų magnetinių laukų, suformuojamų Žemės paviršiuje ir virš jo, signalų.
Vienas iš būdų – stebėti viršutinę Žemės atmosferą bei pašvaistes ties jos poliais ir įžvelgti branduolio magnetinio lauko pokyčių požymius.
Pasak Finlay'aus, tokio stebėjimo tikslas – sukurti sistemas, kurios galėtų numatyti, kaip magnetinis laukas keisis per ateinančius dešimtmečius.
„Tai nelengva, – sakė jis. – Norėtume sukurti kažką panašaus į orų prognozes, kurioms parengti naudojami bendrieji atmosferos cirkuliacijos modeliai.“
Tirti branduolio magnetinio lauko pokyčius svarbu, norint suprasti Žemės ir kitų pasaulių tinkamumą gyventi.
Šie pokyčiai geriausiai pastebimi Pietų Atlanto regione.
Požeminiai uraganai
Prie Pietų Amerikos krantų Žemės magnetinis laukas yra silpnesnis daugiau nei 50 proc.
Nors šio reiškinio, vadinamo Pietų Atlanto anomalija, priežastis nežinoma, tokie projektai kaip „CoreSat“ teikia naujos informacijos.
„Mums pavyko atrasti daugiau detalių, – sakė Finlay'us. – Tebedirbame šioje srityje.“
Atrodo, po šia anomalija, ties branduolio ir mantijos riba, magnetinis laukas yra atvirkštinis.
Tai gali būti į atmosferos reiškinius panašių išorinio branduolio sistemų, kurias sukelia temperatūros skirtumas ir planetos sukimasis, požymis.
„Lygiai kaip atmosferoje susiformuoja ciklonai ir uraganai, tas pats vyksta ir Žemės branduolyje, – pasakojo Finlay'us. – Konvekcijos susijungia į dideles cirkuliacijas išoriniame branduolyje.“
Tačiau sūkuriavimas Žemės viduje vyksta daug lėčiau – ne uraganiniu 250 km per valandą, o 20 km per metus greičiu.
Nors moksliniai tyrimai pasistūmėjo į priekį, apie planetų vidų tebėra daug neatsakytų klausimų, svarbių įvairiomis prasmėmis.
„Šiandien kitose planetose ieškome gyvybės, – sakė Le Barsas iš CNRS. – Tam, kad gyvybė galėtų egzistuoti, planeta turi turėti apsauginį magnetinį lauką.“
Šiame straipsnyje minėtus mokslinius tyrimus finansavo ES per Europos mokslinių tyrimų tarybą (EMTT).
Šis straipsnis pirmą kartą buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.
