Новое моделирование ядра Марса может объяснить, как оно потеряло свое магнитное поле

Марс Это сухая планета, где правят глобальные пыльные бури. Это также замерзший мир, где ночные зимние температуры опускаются до минус 140°C (минус 220°F) на полюсах.

Но это не всегда была сухая, засушливая, промерзшая пустошь и негостеприимная земля. Это было теплое, влажное, почти манящее место, где жидкая вода текла по поверхности, наполняя озера, прорезая каналы и оставляя дельты наносов.

Но затем оно потеряло свое магнитное поле, и без обеспечиваемой им защиты Солнце лишило планету атмосферы. После этого вода исчезнет без атмосферы.

Теперь Марс — это Марс, который мы всегда знали: место, которое находят гостеприимным только роботизированные транспортные средства.

Как именно он потерял свой магнитный щит? Ученые долгое время были озадачены.

Магнитный экран имеет решающее значение для поддержания атмосферы Земли и ее обитаемости. Без него Земля была бы похожа на Марс. Но Земля сохранила свою защиту, а Марс — нет. Таким образом, Земля «разорвана жизнью», сказал Карл Саган, в то время как Марс, вероятно, был бы полностью лишен жизни.

У Марса есть слабый остаток магнитного поля, исходящего от его коры, но это слабое явление, которое мало защищает.

Потеря магнитосферы на Марсе была катастрофой. Как это произошло?

новый Исследование, опубликованное в Связь с природой Он пытается ответить на этот вопрос, как и многие предыдущие исследования. Название: «Расслоение планетарных ядер за счет жидкостной несмешиваемости с Fe-SH». Ведущими авторами являются Кей Хиросе с факультета наук о Земле и планетах Токийского университета и доктор философии. Студент Шунпей Йоко в лаборатории Хиросе.

Ядро Земли создает магнитный эффект, который генерирует магнитные поля нашей планеты. Существует твердое внутреннее ядро ​​и внешнее жидкое ядро.

Тепло течет от внутреннего ядра к внешнему ядру, создавая конвекционные потоки во внешнем жидкостном ядре. Конвективные потоки текут по схеме, вызванной вращением планеты, внутренним ядром и эффектом Кориолиса. Это создает магнитосферу планеты.

Магнитосфера окружает Землю как защитное одеяло. Солнечный ветер ударяет в магнитосферу, и магнитосфера заставляет его обтекать планету, а не достигать атмосферы или поверхности.

Магнитосфера не является сферой: солнечный ветер приводит магнитосферу в асимметричную форму. Магнитосфера не дает солнечному ветру разрушить атмосферу Земли. Без него Земля была бы сухой, мертвой и бесплодной, как и Марс.

READ  Una comprensión más profunda de la atmósfera de la Tierra podría ayudarnos a identificar signos de vida fuera de nuestro sistema solar

Так что же случилось с Марсом?

«Магнитное поле Земли управляется невообразимо огромными конвекционными потоками расплавленных металлов в ее ядре. Считается, что магнитные поля на других планетах работают таким же образом». Он сказал в пресс-релизе.

«Хотя внутренний состав Марса еще не известен, данные метеоритов указывают на то, что это расплавленное железо, обогащенное серой. Более того, сейсмические данные зонда НАСА Insight на поверхности говорят нам, что марсианское ядро ​​больше и менее плотное, чем считалось ранее. … Это то, что указывает на присутствие дополнительных более легких элементов, таких как водород».

Агентство НАСА Проницательный автомобиль Она стремилась достичь всех своих научных целей. Но он собрал некоторые важные данные о внутренней структуре Марса. Если результаты InSIGHT верны, и если подразумеваемый водород присутствует, то есть основания для экспериментов, которые могли бы раскрыть больше об отсутствующем магнитном щите Марса.

(НАСА/Годдард/MAVEN/CU Boulder/SVS/Синди Стар)

выше Визуализируйте электрические токи вокруг Марса. Электрические токи (синяя и красная стрелки) окутывают Марс в шахматном порядке двойной кольцевой структурой, которая постоянно обвивает планету с дневной стороны на ночную. Эти токовые кольца искажают магнитное поле солнечного ветра (не изображено), которое обвивает Марс, создавая индуцированную магнитосферу вокруг планеты.

«С этими деталями мы готовим слитки железа, которые, как мы ожидаем, образуют ядро, и подвергаем их экспериментам», — Хиросе. Он сказал.

Предыдущие эксперименты исследовали поведение планетарных ядер при различных температурах и температурах. Но они не сосредоточились на водороде.

«Современные теории формирования планет показывают, что значительное количество воды было доставлено как на Марс, так и на Землю по мере их аккреции, что указывает на то, что водород может быть основным оптическим компонентом в ядре», — говорят авторы. объяснять в их бумаге. «Хотя система Fe-SH важна, она мало исследована при высоких давлениях».

Но если данные InSIGHT верны, водород в ядре Fe-SH может сыграть роль в коллапсе магнитного поля Марса.

READ  Identificados 10 nuevos genes relacionados con la pérdida auditiva

Исследователи подготовили физический образец, который соответствует тому, из чего, по их мнению, когда-то состояло ядро ​​Марса. Он содержал железо, серу и водород – Fe-SH. Они поместили образец в устройство, называемое алмазной наковальней или ячейкой с алмазной наковальней (DAC).

Ячейка с алмазной наковальней, используемая в экспериментах. (Йоко и др.)

Алмазная наковальня сжимает образцы между двумя небольшими алмазными пластинами. Алмазы могут выдерживать экстремальное давление внутри наковальни, потому что они были сформированы под экстремальным напряжением глубоко в земле.

DAC может подвергать микроскопические образцы давлению в сотни гигапаскалей. Лазер нагрел образец так, что условия имитировали сердце Марса. Когда команда подвергла образец воздействию более высоких температур и давлений, они наблюдали за ним с помощью рентгеновских лучей и электронных лучей, чтобы отслеживать изменения в материале. Образец Fe-SH не только расплавился, но и изменил свой состав.

Результаты эксперимента сосредоточены на идее смешивания. Когда вещества складываются вместе и создают гомогенную смесь, они смешиваются. Когда вещества добавляются вместе и не образуют гомогенной смеси, они несмешиваются. Несмешиваемость Fe-SH при высоких температурах и давлениях сыграла важную роль в истории Марса.

«Мы были очень удивлены, увидев определенное поведение, которое могло бы объяснить так много», — сказал Хиросе. Он сказал В пресс-релизе. «Первоначально однородный Fe-SH разделился на две отдельные жидкости с уровнем сложности, которого мы не видели раньше при таких давлениях», — сказал Хиросе. «Одна из железных жидкостей была богата серой, а другая — водородом, и это ключ к объяснению рождения и возможной гибели магнитного поля вокруг Марса».

Хиросе и его команда считают, что первоначально в марсианском ядре разделились две несмешивающиеся жидкости.

«В то время как более плотные жидкости остаются разделенными в самой глубокой части, более легкие жидкости мигрируют вверх и смешиваются с объемным жидким ядром, что может стимулировать конвекцию марсианского ядра». я пишу.

Но в области, где две жидкости разделились, произошло нечто другое. «В то же время в области, где произошло разделение жидкости, должно было развиться гравитационно-устойчивое композиционное расслоение. В конечном итоге расслоилось все марсианское ядро, прекратив конвекцию».

READ  Una encuesta sin precedentes de las "casas de infancia" donde nacen las estrellas

Диаграмма, показывающая классификацию планет. Несмешивающиеся жидкости на Марсе и Земле.(Yokoo et al., Nat. Commun., 2022)

выше: Этот рисунок из статьи показывает, что ядро ​​Марса и ядро ​​Земли начинались одинаково, а затем менялись с течением времени. Светло-синий и темно-синий цвета обозначают набухшие и плотные жидкости соответственно.

Ученые уже знали, когда прекратилась конвекция и Марс потерял свой магнитный экран. Произошло это около 4 миллиардов лет назад. Это исследование объясняет, почему прекращается конвекция, что приводит к потере магнитного экрана.

Это также объясняет, как это началось. «Разделение несмешивающихся жидкостей, богатых серой и водородом, может быть ответственным как за начало, так и за конец первичной конвекции Марса, а также за движение динамо». я пишу в их бумаге.

Как только два ликвидатора были разделены, Марс был обречен. Нет больше ни конвекции, ни магнетизма, ни атмосферы, ни воды. Точные сроки неизвестны, но результатом стала мертвая планета.

Однако это всего лишь одно исследование, и у нас нет полной картины. «Помня о наших результатах, мы надеемся, что дальнейшее сейсмическое исследование Марса подтвердит, что ядро ​​действительно состоит из таких отдельных слоев, как мы ожидаем». Он сказал Хиросе. «Если это так, это помогло бы нам завершить историю о том, как формировались твердые планеты, включая Землю, и объяснить их формирование».

Мы знаем, что Земля не будет вечно обитаемой. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце войдет в фазу красного гиганта и уничтожит Землю. Но и наш защитный магнитный экран не вечен, и без него мы обречены на провал. Что произойдет в первую очередь? Умереть, потеряв магнитосферу? Или смерть красного гиганта?

«И вы можете подумать, что Земля тоже может когда-нибудь потерять свое магнитное поле», — Хиросе. Он сказалНо не волнуйтесь, это произойдет не раньше, чем через миллиард лет.

Итак, у нас есть миллиард лет. Давайте не будем тратить его впустую.

Эта статья была первоначально опубликована Вселенная сегодня. Читать оригинальная статья.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.