Żelazny śnieg może wpływać na powstawanie pól magnetycznych planet

W zewnętrznych częściach rdzenia ciał planetarnych tworzą się kryształy żelaza, które topią się spadając do jego wnętrza. Żelazny śnieg może odpowiadać za pojawianie się i zanikanie pól magnetycznych ciał niebieskich.

Podobnie jak kryształy śniegu formują się w górnych warstwach atmosfery, a następnie opadają na niższe, cieplejsze wysokości i topnieją, naukowcy uważają, że zjawisko zwane jako żelazny śnieg występuje w stopionych żelaznych rdzeniach niektórych ciał planetarnych. Chłodzenie w pobliżu granicy rdzenia i płaszcza tworzy kryształy żelaza, które topią się, gdy spadają głębiej do gorącego wnętrza. Ruch ten może tworzyć pola magnetyczne w niektórych mniejszych ciałach, takich jak Merkury i księżyc Jowisza Ganimedes, ale badacze nie poznali jeszcze dobrze jego dynamiki.

W pierwszym tego rodzaju eksperymencie, Ludovic Huguet wraz z zespołem badawczym modelował żelazny śnieg w laboratorium przy użyciu lodu wodnego i odkrył wyraźne cykle tworzenia się kryształów oraz braku ich aktywności. Przenosząc wyniki na ciała planetarne, odkrycie to może oznaczać, że planetarne pola magnetyczne pojawiają się i znikają okresowo, w zależności od dynamiki żelaznego śniegu. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Geophysical Research Letters.

Prosty zestaw narzędzi eksperymentalnych obejmował zbiornik wody chłodzony od dołu, z warstwą słonej wody na dnie, aby zapobiec przyleganiu kryształów lodu. Gdy dolne warstwy słodkiej wody schładzały się, wytwarzały kryształy lodu, które unosiły się i topiły po dotarciu do cieplejszej wody. Spowodowało to powstanie prądu wywracającego, który wraz z ciepłem utajonym powstałym w wyniku tworzenia się kryształów, ostatecznie ogrzewał niższe warstwy wody i zatrzymał tworzenie się kryształów lodu. Gdy woda ponownie wystarczająco się ochłodziła, proces rozpoczynał się od nowa.

Naukowcy odkryli, że te „cykle” tworzenia kryształów powtarzały się co około 1400 sekund w ich eksperymentach. Szybkość ta była kontrolowana przez dyfuzję ciepła w warstwie chłodzącej, z pewną zmiennością prawdopodobnie ze względu na niejednorodność zarodkowania kryształów.

Model stworzony przez badaczy wskazał, że ciała planetarne ze stopionymi żelaznymi rdzeniami mogą przechodzić przez podobne „cykle” tworzenia się żelaznego śniegu, które tworzą wewnętrzne przepływy płynów w stopionym żelazie, napędzając okresowe zmiany, które generują planetarne pole magnetyczne. W ten sposób pola magnetyczne mogą pojawiać się i znikać w tych ciałach w półokresowych odstępach czasu.

Naukowcy zauważają, że pozostaje kilka pytań dotyczących tego procesu, w tym jaki stopień przechłodzenia jest niezbędny do powstania kryształów, w jaki sposób cząsteczki żelaznego śniegu poruszają się zbiorowo i jak te ruchy wpływają na przepływy na dużą skalę w rdzeniu.

Emil Gołoś