最大的卫星木卫三具有相对其大小而言令人惊讶的强磁场。 木星的潮汐效应不断拉伸和挤压,保持其核心温暖并驱动磁场。 但核心内发生的确切地质过程尚未完全了解。
现在,一个新的实验研究对核心动力学的主要模型之一进行了测试:结晶“铁雪”的形成。
铁雪理论就像行星核心的地质“天气模型”:它描述了铁如何在核心上边缘(与地幔相遇的地方)附近冷却和结晶,然后向内落下并熔化回行星的液态中心。星球。
换句话说,木卫三的核心是一个熔化的金属雪球,受到木星引力的摇动和搅拌。
研究人员写道,铁的这种上升和下降循环“在液体核心中产生运动,并为产生磁场提供能量”。 “然而,这个政权的关键方面仍然很大程度上未知。”
因此他们设计了一个实验来测试其中的一些方面。
当然,科学家不能仅仅观察行星核心的内部,因此研究小组进入了实验室,在那里他们使用水冰作为铁雪晶体的模拟。
该实验由一箱水组成,从下方冷却。 水箱底部有一层咸水,代表行星地幔(从实际角度来看,有助于防止冰晶粘在底部)。 盐水顶部有一层淡水,代表行星的液体核心。 冰晶在水箱底部附近形成,咸水和淡水在这里混合,然后向上漂浮并融化在上面较温暖的液体中。
换句话说,该实验是对铁雪的颠倒模拟,雪花向上飘而不是向下飘。
这种设置使团队能够测试晶体的行为及其对整个系统的影响。
他们的发现令人惊讶。 不是稳定的结晶、上升和熔化流程,而是零星的快速活动,随后是不活动的时期。
为什么?
看来,要触发结晶过程,液体需要达到过冷状态,低于预期冰凝固的温度。
一旦达到过冷温度,它就会释放出一阵雪花,然后暂停,直到温度再次低到足以释放出新一轮的晶体。
这种零星且周期性的过程对行星的磁场具有重大影响。 木卫三的铁雪会间歇性地出现,并分布在整个核心的不同地方。 结果将是一个不断变化和舞动的磁场,随着时间的推移,磁场会增强、减弱和改变形状。
木卫三并不是太阳系中唯一一个铁雪主导行星核心行为的地方。 这是对所有小行星体核心行为的合理描述,包括我们自己的月球和, 也和大型金属小行星。
在已知存在磁场的情况下(如水星和木卫三),它使我们更接近了解这些系统的动力学。
如果你想知道,地球的核心不被认为是由铁雪主导的。 地球中心强大的重力压力以及不同的材料成分意味着地球核心的金属往往会中间凝固,然后在它们向外漂移时融化,而不是从地幔降下雪(尽管这两个过程可能以一定数量存在,根据最近的研究)。