30 юни 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как Марс може да е загубил магнитното си поле

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 14 февруари 2022 в 09:01 101260
Кредит: NASA/JPL/GSFC

Сега Марс е студена безплодна пустиня с глобални прашни бури. Но това не винаги е било така. Някога на Марс е било топло, влажно, почти приветливо място, имало океани и магнитно поле, подобно на земното. Ново изследване показа защо магнитното поле и океаните са изчезнали.

След това губи своето магнитно поле и без защитата, която то осигурява, Слънцето унищожава атмосферата на планетата. Без атмосфера и водата изчезва. Сега Марс е място, подходящо само за роботизирани роувъри.

Магнитният щит е от решаващо значение за запазването на земната атмосфера и обитаемостта. Без него Земята би приличала на Марс. Но Земята има своята защита, а Марс не. Затова на Земята има живот, а Марс вероятно е напълно лишен от живот. Марс има слаб остатък от магнитно поле, излъчвано от кората му, но то е слабо, което осигурява малка защита.

Загубата на магнитосферата е катастрофална за Марс. Как се е случило това?

Ново проучване, публикувано в Nature Communications, се опитва да отговори на този въпрос, както много други проучвания преди. 

Земята има твърдо вътрешно ядро ​​и външно течно ядро. Топлината тече от вътрешното ​​към външното ядро, генерирайки конвективни токове във външното течно ядро. Конвективните течения протичат по модели, генерирани от въртенето на планетата, вътрешното ядро ​​и ефекта на Кориолис. Това създава магнитосферата на планетата.

Схемата илюстрира връзката между движението на проводяща течност, организирана на спирали от силата на Кориолис, и магнитното поле, което генерира движението. Кредит: Andrew Z. Colvin, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Линиите на магнитно поле свързват полюсите с дъги. Те образуват защитна зона, известна още като магнитосфера, която пази да не достигат атмосферата или повърхността на Земята опасните частици от космоса. Магнитосферата също така предпазва земната атмосфера от износване от слънчевия вятър или високоенергийните частици, изхвърляни от Слънцето.

Без нея Земята би била суха мъртва и безплодна, точно като Марс.

Земната магнитосфера изобщо не е сфера. Слънчевият вятър я деформира в асиметрична форма. Кредит: NASA

И така, какво се е случило с Марс?

„Магнитното поле на Земята се задвижва от немислимо огромни конвективни потоци от разтопени метали в нейното ядро. Смята се, че магнитните полета на други планети работят по същия начин“, обяснява водещият автор професор Кей Хиросе (Kei Hirose) от катедрата по земни и планетарни науки на Университета в Токио.

„Ядрото на Марс вероятно е от разтопено желязо, обогатено със сяра, съдейки по състава на марсианските метеорити, стигнали до Земята. Освен това сеизмичните данни от сондата InSIGHT на НАСА на повърхността показват, че ядрото на Марс е по-голямо и по-малко плътно, отколкото се смяташе преди. Тези неща предполагат наличието на допълнителни по-леки елементи като водород."

Спускаемият апарат InSIGHT на НАСА събра някои важни доказателства за вътрешната структура на Марс. Ако резултатите на InSight са верни и ако предполагаемият водород е там, има основа за експерименти, които биха могли да разкрият повече за изгубения магнитен щит на Марс.

„С този детайл ние подготвяме железни сплави, които очакваме да съставят ядрото и ги подлагаме на експерименти“, разказва Хиросе.

Предишни експерименти са изследвали поведението на планетарните ядра при различни налягания и температури, но не са вземали предвид водорода.

„Последните теории за образуването на планети показват, че голямо количество вода е било доставено както на Марс, така и на Земята по време на образуването им, което предполага, че водородът вероятно е основен лек елемент в ядрото“, обясняват авторите в своя документ. "Въпреки важността си, досега системата Fe-SH е малко изследвана при високо налягане."

Това изображение е научна визуализация на електромагнитните токове около Марс. Това са остатъчни токове на магнетизма, останал в кората на Марс. Те са твърде слаби, за да защитят Марс от слънчевия вятър. Кредит: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr


Но ако данните от InSight са верни, водородът в Fe-S-H ядрото може да играе роля в колапса на магнитното поле на Марс.

Изследователите подготвят проба материал, съответстваща на това, от което смятат, че някога е бил съставът на ядрото на Марс - желязо, сяра и водород — Fe-S-H. Поставят пробата в устройство, наречено диамантена наковалня (DAC - diamond anvil cel). Диамантената наковалня компресира проби между две малки диамантени пластини. Диамантите могат да издържат на екстремно налягане вътре в наковалнята, защото са изковани при екстремно налягане дълбоко в Земята.

Схемата показва как работи диамантената наковалня. Малки проби от материал между двойка диамантени клетки са подложени на екстремно налягане. В тази схема рубинът служи като референтен материал, тъй като поведението му при екстремно налягане е известно. Креди: от Tobias1984, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons

DAC може да подложи микроскопични проби на налягане от стотици гигапаскали. Лазер нагрява пробата, така че условията симулират ядрото на Марс. Тъй като екипът подлага пробата на високи температури и налягания, те я наблюдават с рентгенови и електронни лъчи, за да проследят промените в материала. Пробата Fe-SH не само се стопява, но и променя състава си.

Резултатите от експеримента се фокусират върху идеята за смесимост. Когато материалите се добавят заедно и създават хомогенна смес, те се смесват. Когато материалите се добавят заедно и не правят хомогенна смес, те са несмесими. Несмесимостта на Fe-S-H при високи температури и налягания изиграва значителна роля в планетарната история на Марс.

„Бяхме много изненадани да видим конкретно поведение, което може да обясни много“, разказва професор Хиросе „Първоначално хомогенната смес Fe-S-H се раздели на две различни течности с ниво на сложност, което не е виждано преди при подобни налягания“, отбелязва Хиросе. „Една от железните течности беше богата на сяра, а другата – на водород и това е ключово за обяснението на раждането и евентуалната смърт на магнитното поле около Марс."

Това изображение на електронна микросонда от статията показва как двете течности се държат при условия на екстремно налягане и температура като тези в ядрото на Марс. Двете течности от желязна сплав имат странни текстури и не се смесват. Кредит: Yokoo et al. 2022 г.

Хиросе и неговият екип смятат, че първоначално двете несмесващи се течности са се разделили в ядрото на Марс.

„Oтделените по-плътни течности остават в най-дълбоката част, по-леките течности мигрират нагоре и се смесват с обемното течно ядро, което може да доведе до конвекция на ядрото на Марс“, пишат изследователите. Но в района, където двете течности се разделят, се случва нещо друго. „В същото време в областта на разделяне на течностите се развива гравитационно стабилна, композиционна стратификация. В крайна сметка цялото ядро ​​на Марс се разслоява, което прекратява конвекцията."

Тази фигура от статията показва как ядрото на Марс и ядрото на Земята са започнали по подобен начин, след което са се променили с течение на времето. Светло и тъмно синьото представят леки и плътни течности, съответно. Марсианското ядро ​​става несмесващо се от центъра навън, което води до стратификация и прекратяване на конвекцията. Без конвекция няма магнитен щит. Ядрото на Земята е различно и нашата планета все още има магнитен щит. Кредит: Yokoo et al. 2022 г.

Учените вече знаят кога е престанала конвекцията и Марс е загубил своя магнитен щит. Това се е случило преди около 4 милиарда години. Това изследване обяснява защо конвекцията е спряла, което води до загуба на магнитния щит. То също така обяснява и как е започнала.

„Разделянето на несмесяеми течности, богати на S и H, може да е причината както за началото, така и за прекратяването на конвекцията и динамо действието на марсианското ядро“, пишат авторите в своя документ.

След като двете течности се разделят, Марс е обречен. Вече нямаше нито конвекция, нито магнетизъм, нито атмосфера, нито вода. Точният срок не е известен, но резултатът е мъртва планета.

Марс може да е суха, студена и безжизнена планета. Но все още е странно завладяваща, вероятно защото знаем, че Земята един ден ще заприлича на нея. Това изображение от май 2015 г. от камерата HiRISE на Mars Reconnaissance Orbiter на НАСА показва марсианска област, свързана с най-продавания роман и холивудски филм „Марсианецът“. Намира се в регион, наречен Acidalia Planitia. Кредит: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Това обаче е само едно проучване и не представя пълната картина.

„Отчитайки нашите резултати, се надяваме по-нататъшното сеизмично изследване на Марс да потвърди, че ядрото наистина е на отделни слоеве, както прогнозираме“, коментира Хиросе. "Ако случаят е такъв, това би ни помогнало да завършим историята за това как скалистите планети, включително Земята, са се образували и да обясним техния състав."

Знаем, че Земята няма да остане обитаема завинаги. След около 5 милиарда години Слънцето ще влезе в своята фаза на червен гигант и ще унищожи Земята. Но нашият защитен магнитен щит също няма да трае вечно и сме обречени без него. Какво ще се случи първо? Гибел от загубата на магнитосферата? Или гибел от червения гигант?

„И може би си мислите, че Земята може един ден също да загуби магнитното си поле, но не се притеснявайте, това няма да се случи поне за милиард години.“

Така че имаме милиард години. Нека не го пропиляваме.

Справка: Yokoo, S., Hirose, K., Tagawa, S. et al. Stratification in planetary cores by liquid immiscibility in Fe-S-H. Nat Commun 13, 644 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28274-z

Източник: We Might Know Why Mars Lost its Magnetic Field, Universe Today


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Науки за Земята
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.