Ядро крупнейшего спутника в Солнечной системе, возможно, продолжает формироваться.

Новости МирТесен

Крупнейший спутник Юпитера, Ганимед, возможно, до сих пор обладает активным ядром, несмотря на то, что прошло 4,6 миллиарда лет с момента формирования Солнечной системы. Это утверждение основано на новой модели внутреннего строения небесного тела, разработанной исследователями. Ученые полагают, что ядро Ганимеда может продолжать эволюционировать и в настоящее время, что, вероятно, является причиной наличия у него собственного магнитного поля – уникального признака среди всех спутников, известных в Солнечной системе.

Ганимед больше Меркурия, под его ледяной поверхностью расположен обширный океан, и он является единственным спутником в Солнечной системе, обладающим собственным магнитным полем. Долгое время исследователи считали, что источником этого поля является сформировавшееся металлическое ядро, расположенное в глубине. Однако недавнее исследование указывает на то, что процессы, происходящие внутри спутника, могут быть более активными и продолжаются на данный момент.

Магнитные поля чаще всего образуются за счет внутреннего динамо-механизма, который представляет собой движение электропроводящей жидкой металлической среды внутри планеты или спутника. Однако с течением времени подобные механизмы ослабевают по мере остывания небесного тела и завершения формирования ядра. В связи с этим, например, спутник Земли утратил собственное магнитное поле в давние времена, а Марс потерял его миллиарды лет назад, хотя Красная планета немного больше Ганимеда.

Сложность ситуации усугубляется тем, что, как считается, формирование ядер планет происходит достаточно оперативно. Тепло, выделяющееся в процессе аккреции – интенсивного притока вещества на ранних этапах развития Солнечной системы, – обычно вызывает разделение тяжелых металлов и легких пород в период от одного до двухсот миллионов лет. Однако исследователи, представившие новую работу, подчеркивают, что модели формирования планет и изучение магнитных динамо на протяжении длительного времени развивались независимо и опирались на несовпадающие представления о первоначальном состоянии Ганимеда.

Для выяснения причины сохранения магнитной активности, исследователи разработали компьютерные симуляции, имитирующие тепловую эволюцию Ганимеда от момента его формирования до современности. Предыдущие гипотезы обычно предполагали, что спутник образовался при высокой температуре, что приводило к быстрому опусканию тяжелых металлов в центр и формированию ядра на ранних этапах развития. Новое исследование предлагает альтернативный вариант – Ганимед изначально был гораздо холоднее.

Для оценки перспектив различных концепций спутника ученые провели испытания, основанные на упрощенных моделях тепловых процессов. При моделировании учитывались такие факторы, как количество воды, внутреннее строение, воздействие приливного нагрева от Юпитера и постепенное повышение температуры за счет радиоактивных элементов. Результаты моделирования указывают на возможность существования внутри Ганимеда смеси железа и серы с невысокой температурой плавления. В подобной структуре не нужен интенсивный первоначальный нагрев для начала разделения металлов и горных пород. Вместо этого, этот процесс может протекать крайне медленно в течение миллиардов лет.

Новая модель предполагает, что плотный жидкий металл, находящийся внутри Ганимеда, способен и в настоящее время медленно перемещаться к его центру. Богатый железом расплав постепенно отделяется от окружающей среды и погружается глубже, обеспечивая питательные вещества для частично сформированного металлического ядра, которое ученые называют протоядром. Авторы исследования считают, что магнитное динамо Ганимеда может поддерживаться благодаря продолжающемуся внутреннему нагреву и постепенному поступлению железистого расплава к растущему ядру спутника.

При движении жидкого металла по направлению вниз происходит смешивание проводящего материала, что способствует возникновению магнитного поля. Другими словами, Ганимед, вероятно, продолжает формировать внутренний «двигатель», отвечающий за его магнитную активность. Ученые, проводившие исследование, отмечают, что зафиксированное магнитное поле Ганимеда соответствует гипотезе о продолжающемся формировании ядра – явления, которое ранее не было зафиксировано.

Новая модель существенно отличается от предыдущих, которые опирались на идею так называемого «железного снега». Раньше считалось, что в существующем жидком ядре могут формироваться твердые кристаллы железа, которые оседают вниз, как металлический снег. Однако теперь исследователи полагают, что поддержание магнитного поля может обеспечиваться самим процессом формирования ядра.

Ученые также считают, что подобное постепенное разделение металла и горных пород может поддерживать магнитную активность спутника на протяжении гораздо большего времени, чем предполагалось ранее для тел такого размера. Новое исследование помогает объяснить и расхождения между ледяными спутниками Юпитера, находящимися в сопоставимых условиях, но развивавшимися по-разному. К примеру, Европа, вероятно, подверглась более интенсивному раннему нагреву, что привело к формированию ее ядра на значительно более раннем этапе. В то же время Каллисто, возможно, оставался слишком холодным для эффективного образования ядра. Даже незначительные различия в составе, времени формирования и интенсивности нагрева могли определить совершенно разные пути эволюции у расположенных по соседству спутников.

Авторы исследования полагают, что их результаты способны пересмотреть научные взгляды на эволюцию ледяных планет. Согласно их данным, некоторые планетарные ядра, вопреки распространенному мнению о быстром формировании и последующем угасании, могут развиваться в течение миллиардов лет, продолжая генерировать магнитные поля. Это имеет большое значение, поскольку магнитное поле способно оберегать небесные тела от воздействия заряженных частиц и поддерживать стабильность подповерхностных океанов на протяжении длительных периодов времени. Поскольку под ледяной оболочкой Ганимеда, скорее всего, находится обширный океан, изучение особенностей его магнитного поля может предоставить дополнительные сведения о потенциально обитаемых условиях в других регионах Солнечной системы.

На данном этапе эта гипотеза не имеет подтверждений. Разработанные модели опираются на догадки относительно внутренней химической структуры Ганимеда, а исследователи до сих пор не имеют возможности непосредственно изучать его внутренние слои. Подтвердить новую теорию смогут будущие космические миссии, в частности, зонд JUICE Европейского космического агентства, который в 2030-х годах проведет исследования магнитной среды и внутреннего строения спутника. В случае, если гипотеза будет признана верной, Ганимед станет первым известным миром, чье магнитное поле поддерживается тем, что процесс формирования его ядра не был завершен.