Приливные эффекты, вызываемые Юпитером на Ганимеде, постоянно воздействуют на эту луну, растягивая и сжимая её. Это поддерживает тепло в её ядре и создаёт магнитное поле. Однако, процессы, происходящие внутри ядра, не изучены до конца. Новое исследование проверило одну из ведущих моделей динамики ядра – образование «железного снега».
Теория «железного снега» является своего рода «моделью погоды» ядра. Она объясняет, как железо охлаждается и кристаллизуется у верхней границы ядра, где оно соприкасается с мантией, а затем опускается внутрь и снова плавится в жидком центре ядра.
Источник: Ludovic Huguet / NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Таким образом, ядро Ганимеда можно представить как раскачивающийся «снежный шар», который постоянно встряхивается и перемешивается под воздействием гравитации Юпитера. Этот цикл создаёт движение в жидком ядре и обеспечивает энергию для генерации магнитного поля. Однако некоторые ключевые аспекты этого процесса остаются загадкой.
Исследователи разработали эксперимент для проверки некоторых аспектов модели. Поскольку невозможно непосредственно исследовать ядро Ганимеда, команда использовала водяной лёд в качестве аналога «кристаллов железного снега».
Эксперимент проходил в специальном резервуаре с водой, которая охлаждалась снизу. На дне резервуара находился солевой слой, представляющий собой мантию. Это помогло избежать прилипания ледяных кристаллов ко дну. Над этим слоем находился слой пресной воды, который представлял собой жидкое ядро. Кристаллы льда формировались у дна резервуара, смешиваясь с солёной и пресной водой, затем поднимались вверх и таяли в более тёплой жидкости сверху.
Таким образом, эксперимент представлял собой своеобразную симуляцию «железного снега», где снежинки двигались вверх, а не вниз.
Такой эксперимент позволил команде изучить поведение кристаллов и их влияние на всю систему. Однако полученные результаты оказались неожиданными. Вместо стабильного процесса кристаллизации, подъёма и плавления, происходили нерегулярные приступы быстрой активности, сменяющиеся периодами бездействия.
Оказалось, что для начала процесса кристаллизации жидкость должна находиться в переохлаждённом состоянии, когда температура ниже точки замерзания льда. Только в этом случае происходит образование кристаллов, а затем наступает пауза до тех пор, пока температура не станет достаточно низкой для образования новых кристаллов.
Такой нерегулярный и циклический процесс оказывает влияние на магнитные поля Ганимеда. Кристаллы «железного снега» на Ганимеде образуются неоднородно и локализовано в разных частях ядра. В результате возникает перемещающееся и изменяющее свою форму магнитное поле.
Такое явление присутствует не только на Ганимеде, но и на других малых телах Солнечной системы, таких как Луна, Меркурий, Марс и крупные металлические астероиды.
Считается, что в ядре Земли, скорее всего, не происходит образование «железного снега». Мощное давление гравитации в сердце нашей планеты, а также другой состав приводят к затвердению металлов в центре ядра, а затем их таянию по мере движения.