Всплески образования железного снега могут влиять на появление магнитных полей
Ученые полагают, что явление, называемое железным снегом, происходит в расплавленных железных ядрах некоторых планетных тел. Охлаждение вблизи границы ядро-мантия приводит к образованию кристаллов железа, которые плавятся по мере погружения глубже в горячее ядро. Это движение может создавать магнитные поля на некоторых небольших телах, таких как Меркурий и спутник Юпитера Ганимед, но его динамика недостаточно хорошо известна.
В своем эксперименте Людовик Хьюге и исследовательская группа смоделировали железный снег в лаборатории с использованием водяного льда и обнаружили отчетливые циклы образования кристаллов и бездействия. Экстраполированные на планетарные тела результаты могут означать, что планетарные магнитные поля периодически возникают и исчезают по мере того, как их динамо включается и выключается.
Статья опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
Простая экспериментальная установка исследователей включала охлаждаемый снизу резервуар с водой. На дне находился слой соленой воды, чтобы предотвратить прилипание кристаллов льда. По мере охлаждения нижних слоев пресной воды образовывались кристаллы льда, которые поднимались вверх и таяли, как только достигали более теплой воды. Это создало поток, который, наряду со скрытым теплом, выделяемым при образовании кристаллов, в конечном итоге разогрел нижние слои воды и остановил образование кристаллов льда. Когда вода снова достаточно остыла, процесс начался сначала.
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 вариабельностью, вероятно, из-за неоднородности зарождения кристаллов.
Модель ученых показала, что планетные тела с ядрами из расплавленного железа могут проходить через аналогичные всплески образования железного снега, которые создают внутренние потоки жидкости в расплавленном железе, приводя в действие динамо, генерирующее планетарное магнитное поле. Таким образом, магнитные поля могут появляться и исчезать в этих телах с полурегулярными интервалами.
Авторы отмечают, что остается выяснить, какая степень переохлаждения необходима для образования кристаллов, как частицы железного снега перемещаются коллективно и как эти перемещения влияют на крупномасштабные потоки внутри ядра.
