«Железный снег» может быть ответственен за появление и исчезновение магнитного поля планет

Этот снег идет в ядре небесного тела.

Ученые считают, что в расплавленных железных ядрах некоторых планет наблюдается явление, называемое железным снегом. Оно аналогично тому, как в верхних слоях атмосферы образуются кристаллы снега, которые опускаются ниже и тают, оказавшись в более теплых высотах. Охлаждение вблизи границы ядро-мантия приводит к образованию кристаллов железа, которые плавятся по мере падения глубже в горячее ядро. Это движение может создавать магнитные поля в некоторых более мелких телах, таких как Меркурий и спутник Юпитера Ганимед, но его динамика малоизвестна, сообщает Phys.org.

В ходе нового исследования Людовик Юге из Университета Савойи Монблан и его коллеги провели первый в своем роде эксперимент по моделированию железного снега. Они использовали водяной лед и обнаружили отчетливые циклы образования и бездействия кристаллов. Ученые считают, что это указывает на то, что магнитные поля планет периодически появляются и исчезают, когда их динамо-машины включаются и выключаются.

Установка, которую использовали ученые, состояла из резервуара с водой, который охлаждался снизу. На дне находился слой соленой воды, который должен был предотвратить прилипание кристаллов. По мере того как нижние слои пресной воды охлаждались, они образовывали кристаллы льда, которые всплывали вверх и таяли, достигая более теплой воды. Это создало опрокидывающий поток, который, наряду со скрытым теплом, создаваемым образованием кристаллов, в конечном итоге нагрел нижние слои воды и остановил образование кристаллов льда. Когда вода снова достаточно остыла, процесс начался заново.

Исследователи обнаружили, что в их экспериментах эти «всплески» образования кристаллов повторялись примерно каждые 1400 секунд. Эта скорость контролировалась диффузией тепла в охлаждающем слое с некоторой изменчивостью, вероятно, из-за неоднородности зародышеобразования кристаллов.

Это моделирование показало, что планеты с расплавленными железными ядрами могут проходить через похожие циклы образования железного снега, которые создают внутренние потоки жидкости в расплавленном железе, приводя в движение периодическое динамо, генерирующее планетарное магнитное поле. То есть, магнитные поля могут появляться и исчезать через определенные промежутки времени.

Ученые признают, что остается несколько вопросов, которые требуют ответов. Например, какая степень переохлаждения необходима для образования кристаллов, как частицы железа движутся и как эти движения влияют на потоки внутри ядра.

Ранее ученые заявили о том, что ядро Земли колеблется вокруг своей оси каждые 8,5 лет. Смещения, вероятно, вызваны тем, что ядро не плотно прилегает к мантии планеты.