Приливные эффекты Юпитера постоянно воздействуют на Ганимеду, растягивая и сжимая её. Это поддерживает тепло в её ядре и создаёт магнитное поле. Однако процессы внутри ядра недостаточно изучены. Новое исследование проверило одну из ведущих моделей динамики ядра – образование «железного снега».
Модель «железного снега» действует как модель погоды для ядра планеты. Она описывает процесс охлаждения и кристаллизации железа у верхней границы ядра, где оно граничит с мантией, а затем опускания внутрь и плавления в жидком центре ядра.
Ядро Ганимеда можно представить как раскачивающийся «снежный шар», постоянно перемешиваемый гравитацией Юпитера. Этот цикл порождает движение в жидком ядре, обеспечивая энергию для генерации магнитного поля. Некоторые ключевые аспекты этого процесса остаются неизвестными.
Учёные провели эксперимент, чтобы изучить некоторые особенности модели. Из-за невозможности исследовать ядро Ганимеда напрямую группа применила лед как замену для «кристаллов железного снега».
Эксперимент проводился в резервуаре со специальной системой охлаждения снизу. Внизу находился солевой слой, имитирующий мантию, который препятствовал прилипанию ледяных кристаллов. Над ним располагался слой пресной воды, символизирующий жидкое ядро. Кристаллы льда образовывались у дна, смешиваясь с солёной и пресной водой, затем поднимались вверх и таяли в более тёплой жидкости сверху.
Эксперимент был своего рода имитацией «железного снега», где снег поднимался вверх вместо того, чтобы опускаться.
Эксперимент позволил команде изучить поведение кристаллов и их воздействие на всю систему. Результаты оказались неожиданными: вместо стабильного процесса кристаллизации, подъема и плавления происходили нерегулярные приступы быстрой активности, сменяющиеся периодами бездействия.
Кристаллизация начинается при переохлаждении жидкости, то есть когда её температура ниже точки замерзания льда. Образование кристаллов запускается именно в таком состоянии, после чего наступает период приостановки до тех пор, пока температура не станет низкой достаточно для формирования новых кристаллов.
Неоднородный циклический процесс воздействует на магнитные поля Ганимеда. Кристаллы «железного снега» формируются неравномерно в различных участках ядра. Это приводит к появлению перемещающегося и трансформирующегося магнитного поля.
Это явление наблюдается не только на Ганимеде, но и на других небесных телах Солнечной системы, таких как Луна, Меркурий, Марс и большие металлические астероиды.
Внутри ядра Земли, предположительно, не формируется «железный снег». Сильное гравитационное давление и иной состав центра планеты провоцируют затвердение металлов, а затем – их расплавление при перемещении.