Câmpurile magnetice ciudate ale giganților de gheață ar putea fi explicate de schimbările de conductivitate din interiorul lor profund
Când sonda robotică Voyager 2 a NASA a trecut pe lângă Uranus și Neptun în anii 1980, a descoperit o anomalie: câmpurile lor magnetice sunt puternic dezordonate, spre deosebire de cel al Pământului, care are poli nord și sud bine definiți. O nouă cercetare sugerează că modificările conductivității electrice din adâncul lui Uranus și Neptun ar putea fi cheia pentru explicarea câmpurilor lor magnetice neobișnuite și a modului în care acestea ar putea evolua în timp.
Descoperirea provine dintr-un studiu publicat în Communications Physics, condus de cercetători de la Universitatea din Texas la Austin, cu colaboratori de la Universitatea din California, Los Angeles, Imperial College London și Universitatea Northumbria.
Interioare diferite, câmpuri magnetice diferite
Câmpurile magnetice sunt create pe măsură ce fluidele conductoare electric se mișcă în adâncul unei planete – acest proces natural se numește dinam. Pe Pământ, nucleul exterior al planetei este compus din metal lichid înconjurat de un strat de rocă în mare parte solid. Convecția fierului topit, influențată de rotația Pământului, generează un câmp magnetic asemănător unui magnet de bară cu poli nord și sud puternici. Aceasta este ceea ce face ca o busolă să se alinieze nord-sud. Aranjamentul magnetic al Pământului, sau dipolul său, este aproape vertical, înclinat față de axa sa de rotație cu doar 11 grade.
În schimb, dipolul magnetic al lui Uranus este înclinat cu 59 de grade, iar cel al lui Neptun cu 47 de grade. Deși materialele precise care compun Uranus și Neptun rămân necunoscute, aceste planete – de aproximativ patru ori mai late decât Pământul – au fost numite giganți de gheață. Se crede că sunt formate în principal din hidrogen, heliu, apă, amoniac, metan și material stâncos.
Potrivit autorului principal al studiului, Chi Yan, cercetător asociat la Școala Jackson de Geostiințe a UT, dimensiunea mare a planetelor combinată cu compoziția lor geochimică ar putea fi o rețetă pentru câmpurile magnetice înclinate.
„În adâncul lui Uranus și Neptun, presiunile și temperaturile devin extrem de ridicate”, a declarat Yan. „În aceste condiții, care pot determina moleculele de apă să se despartă în ioni, materialul poate deveni tot mai conductiv electric odată cu adâncimea.”
Simulările indică câmpuri în schimbare rapidă
Cercetătorii au folosit simulări pe computer pentru a reproduce câmpurile magnetice neobișnuite observate de Voyager 2. Presupunând că conductivitatea electrică crește la adâncimi mai mari și luând în considerare diverse configurații interioare, ei au simulat modul în care mișcarea fluidelor, temperatura și câmpurile magnetice evoluează împreună pentru a genera dinamo-urile planetelor.
Modelele lor sugerează că câmpurile magnetice ale lui Uranus și Neptun ar putea să se schimbe substanțial în decurs de decenii și ar putea fi configurate diferit față de cum erau în timpul misiunii Voyager 2.
„Înclinația magnetică a Pământului derivează cu doar un grad sau cam așa ceva în 50 de ani”, a spus Yan. „Modelele noastre arată că giganții de gheață se pot comporta foarte diferit. În unele perioade, înclinația oscilează cu zeci de grade în decurs de decenii. În altele, se modifică doar ușor în același interval.”
Aurorele ar putea dezvălui câmpurile magnetice actuale
Între timp, cercetătorii analizează imagini de înaltă rezoluție de la Telescopul Spațial James Webb (JWST), care este sensibil la lumina infraroșie. Telescopul observă emisiile aurorale ale lui Uranus și Neptun, care apar atunci când particulele încărcate de la Soare interacționează cu gazele din atmosferele planetelor. Aceste emisii pot oferi indicii despre dacă dipolul s-a deplasat.
„Suntem ocupați să analizăm ce conțin aceste observații, dar forma și structura aurorei, precum și alte modele ciudate din ionosferă, promit să ne ofere o modalitate de a înțelege cum s-au schimbat câmpurile magnetice, o piatră de temelie importantă”, a declarat Tom Stallard, profesor la Universitatea Northumbria, care a condus campania de observare cu JWST și a evaluat lucrarea pentru jurnal.
Cercetătorii intenționează să combine datele din imaginile aurorale JWST, observațiile câmpului magnetic ale Voyager 2 și simulările dinamo pentru a estima cum ar putea fi configurate astăzi câmpurile magnetice ale planetelor. Totuși, pentru a înțelege corect interiorul planetelor, cercetătorii spun că sunt necesare misiuni suplimentare către giganții de gheață.
