木衛(wèi)三內(nèi)部就像一個(gè)“雪球”,這可以解釋它神秘的磁性
木星最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三(Ganymede)具有令人驚訝的強(qiáng)磁場(chǎng)。木星的潮汐效應(yīng)不斷拉伸和擠壓月亮,保持其核心溫暖并驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)。但巖心內(nèi)發(fā)生的確切地質(zhì)過程尚不完全清楚。
現(xiàn)在,一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)測(cè)試了核心動(dòng)力學(xué)的領(lǐng)先模型之一:結(jié)晶“鐵雪”的形成。
鐵雪理論就像行星核心的地質(zhì)“天氣模型”:它描述了鐵如何在核心的上邊緣(與地幔相遇的地方)冷卻和結(jié)晶,然后向內(nèi)落下并融化回行星的液態(tài)中心。
換句話說,木衛(wèi)三的核心是一個(gè)熔融的金屬雪球,被木星的引力搖晃和攪動(dòng)。
該研究背后的研究人員寫道,這種上升和下降的鐵循環(huán)“在液態(tài)核心中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),并為產(chǎn)生磁場(chǎng)提供能量”。“然而,這個(gè)政權(quán)的關(guān)鍵方面在很大程度上仍然未知。
因此,他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試其中的一些方面。
當(dāng)然,科學(xué)家們不能只觀察行星核心內(nèi)部,因此該團(tuán)隊(duì)進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)室,在那里他們使用水冰作為鐵雪晶的類似物。
該實(shí)驗(yàn)由一罐水組成,從下面冷卻。水箱底部有一層咸水,代表行星地幔(從實(shí)際的角度來看,有助于防止冰晶粘在底部)。在鹽水的頂部是一層淡水,代表行星的液態(tài)核心。冰晶在水箱底部附近形成,咸水和淡水混合在一起,然后向上漂浮并融化在上面較熱的液體中。
換句話說,這個(gè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)鐵雪的倒置模擬,雪花向上漂移而不是向下漂移。
這種設(shè)置使團(tuán)隊(duì)能夠測(cè)試晶體的行為及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。
他們的發(fā)現(xiàn)令人驚訝。不是穩(wěn)定的結(jié)晶、上升和熔化流,而是零星的快速活動(dòng),然后是不活動(dòng)的時(shí)期。
為什么?
看來,要觸發(fā)結(jié)晶過程,液體需要達(dá)到過冷狀態(tài),低于您預(yù)期的冰凝固溫度。
一旦達(dá)到過冷溫度,它就會(huì)釋放出一連串的雪花,然后暫停,直到溫度再次低到足以釋放新的晶體。
這種零星和周期性的過程對(duì)行星的磁場(chǎng)有重大影響。木衛(wèi)三的鐵雪會(huì)間歇性地發(fā)生,并局限于整個(gè)核心的不同位置。結(jié)果將是一個(gè)移動(dòng)和跳舞的磁場(chǎng),隨著時(shí)間的推移,它會(huì)增加、減弱和改變形狀。
木衛(wèi)三并不是太陽系中唯一一個(gè)鐵雪主導(dǎo)行星核心行為的地方。這是對(duì)所有小型行星體核心行為的合理描述,包括我們自己的月球和汞,以及火星和大型金屬小行星。
在已知存在磁場(chǎng)的情況下(如水星和木衛(wèi)三),它使我們離理解這些系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)更近了一步。
如果你想知道,地球的核心并不被認(rèn)為是由鐵雪主導(dǎo)的。地球核心強(qiáng)大的重力壓力,以及不同的材料成分,意味著地球核心中的金屬傾向于在中間凝固,然后在它們向外漂移時(shí)融化,而不是從地幔上降雪(盡管這兩個(gè)過程都可能在一定程度上存在,根據(jù)最近的研究).
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