Skąd bierze się pole magnetyczne Ganimedesa? Naukowcy wskazują na formujące się jądro
Pole magnetyczne Ganimedesa od lat pozostaje jedną z największych zagadek dotyczących księżyców Układu Słonecznego. Nowe badania sugerują, że źródłem tego zjawiska mogą być nadal trwające procesy zachodzące głęboko we wnętrzu największego księżyca Jowisza.
Pole magnetyczne Ganimedesa może mieć inne źródło niż dotąd sądzono
Ganimedes jest nie tylko największym księżycem Jowisza, ale także największym księżycem w Układzie Słonecznym i jednym z nielicznych, które mogą skrywać ocean pod lodową skorupą. Wyjątkowość tego przypominającego planetę księżyca podkreśla także fakt, że spośród setek naturalnych satelitów w naszym kosmicznym sąsiedztwie jest jedynym, który generuje własne pole magnetyczne. Astronomowie dotychczas zakładali, że Ganimedes wytwarza je dzięki konwekcji w już uformowanym jądrze, jednak nie zostało to w pełni potwierdzone.
W ramach nowego badania naukowcy m.in. z California Institute of Technology i University of Texas at Austin opracowali model ewolucji wnętrza Ganimedesa, który sugeruje jednak, że mogą zachodzić tam inne procesy. Odkryli, że jądro księżyca wciąż może się formować i właśnie ten proces napędza pole magnetyczne. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.
Jak powstaje pole magnetyczne Ganimedesa?
Pola magnetyczne ciał niebieskich są wytwarzane przez aktywne dynama magnetyczne (active magnetic dynamos) – naturalne procesy, w których ruch przewodzącego elektryczność płynu, takiego jak stopione żelazo w jądrze planety lub plazma w gwieździe, generuje i podtrzymuje pole magnetyczne. Astronomowie uważali, że pole magnetyczne Ganimedesa powstaje dzięki konwekcji „żelaznego śniegu”, w której zestalone płatki żelaza opadałyby przez ciekłe jądro.
Proces akrecji zachodzący podczas formowania się ciała planetarnego mógłby generować ciepło potrzebne do utworzenia jądra poprzez podział metali. Proces ten działałby jak magnetyczne dynamo. Jeśli podczas akrecji powstanie wystarczająco dużo ciepła, proces ten powinien jednak zakończyć się w ciągu od 1 do 200 milionów lat po uformowaniu Układu Słonecznego, który ma obecnie około 4,6 miliarda lat.
Pole magnetyczne następnie zanikałoby. Z tego powodu wiele naturalnych satelitów w naszym kosmicznym sąsiedztwie, takich jak Księżyc Ziemi, ma już ostudzone jądra, które nie generują pola magnetycznego. Nawet Mars, który jest nieco większy od Ganimedesa, przeszedł już cały ten proces i obecnie nie posiada własnego, wewnętrznie generowanego pola magnetycznego.
Z kolei niektóre ciała planetarne nigdy nie nagrzały się wystarczająco, aby utworzyć jądro, przez co nie generowały własnego pola magnetycznego. Naukowcy wyjaśniają, że niektóre lodowe księżyce prawdopodobnie uformowały się po rozpadzie radioaktywnego glinu, który mógłby pomóc ogrzać ich wnętrza, a jednocześnie były zbyt małe, by dzięki samemu ciepłu pochodzącemu z procesu akrecji doprowadzić do podziału metali w jądrze, co mogło opóźnić lub całkowicie uniemożliwić jego powstanie.
Ponieważ istnieją liczne dowody wskazujące, że księżyc ten rzeczywiście posiada metaliczne jądro i aktywne magnetyczne dynamo, astronomowie sądzą, że proces jego nagrzewania musiał zostać opóźniony.
Formujące się jądro
Aby zbadać, jak i dlaczego Ganimedes wciąż posiada aktywne magnetyczne dynamo, naukowcy w nowym badaniu opracowali symulację tego, co mogłoby dziać się we wnętrzu księżyca od jego powstania. Astronomowie w modelu przetestowali różne parametry, w tym początkowy skład Ganimedesa, zawartość wody oraz dawne ogrzewanie pływowe, aby sprawdzić, które scenariusze mogłyby podtrzymywać dynamo.
Jak opisują astronomowie, nowe modele pokazują, że magnetyczne dynamo Ganimedesa może być napędzane przez trwające, powolne formowanie się wnętrza, a nie przez dawno ostudzone jądro z konwekcją „żelaznego śniegu”. Zgodnie z modelami stopniowe ogrzewanie wnętrza księżyca może nadal powodować oddzielanie się żelaza i jego opadanie, co mieszałoby jądro i podtrzymywało pole magnetyczne. Badacze wskazują, że źródłami ciepła w modelu byłyby izotopy promieniotwórcze, energia grawitacyjna związana z formowaniem jądra oraz ogrzewanie pływowe.
„Nasze modele pokazują, że obserwowane dynamo Ganimedesa jest zgodne z trwającym formowaniem jądra – procesem, którego dotąd nie zaobserwowano nigdzie indziej” – twierdzą astronomowie.
Co Ganimedes może powiedzieć o innych księżycach?
Zrozumienie formowania się jądra Ganimedesa może pomóc badaczom lepiej poznać ewolucję i generowanie pól magnetycznych także na innych księżycach. Na przykład naukowcy wskazują, że Europa mogła przejść cieplejszą ewolucję niż Ganimedes, co według ich modeli sprawia, że trwające formowanie jądra jest tam mniej prawdopodobne.
Emil Gołoś
