какие планеты имеют магнитное поле
Магнитное поле Меркурия
У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.
Магнитное поле Меркурия
Оно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.
Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа. Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.
Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.
Магнитосфера
Она захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.
MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве. Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.
Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.
Магнитное поле «утренней звезды»
Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.
Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.
Общее строение планеты
Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.
Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.
Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.
Почему у Венеры нет магнитного поля?
Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.
Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.
Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.
Какие планеты имеют магнитное поле
Главная
Наблюдения в течение года
Каталог Мессье
Объекты Мессье
Презентации
Темы для изучения
Знаки астрономические, созвездия
Разное
Владельцы сайта
2028 дн. с момента
Наблюдательный тур Московской олимпиады по астрономии
Магнитное поле планет Солнечной системы и Солнца
Магнитное поле планет Солнечной системы и Солнца
1 эрстед равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс
У магнитного поля Меркурия наблюдается большой дисбаланс в направлении север-юг
Индукция магнитного поля на полюсах составляет 0,7 Гс, на экваторе – 0,31 Гс
И в 20 раз больше на полюсах
Индукция магнитного поля на уровне верхушек облаков составляет 3 Гаусса на экваторе и около 14 Гаусс на полюсах.
Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты – оно простирается на 650 миллионов километров (за орбиту Сатурна!).
В 1,5 раза слабее Земли
Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (в 1,5 раза слабее Земли)
Ось магнитного диполя с точностью до 1° совпадает с осью вращения планеты
В 1,3 раза слабее Земли
Магнитная ось планеты отклонена на 60° от оси вращения
Примерно как у Земли
Ось магнитного поля Нептуна наклонена на 47° к оси вращения планеты, и смещена от центра планеты на расстояние в 0,55 радиуса планеты. В результате, напряженность магнитного поля сильно варьирует по поверхности планеты — от 0,1 гаусс в северном полушарии до 1 гаусс в южном.
Магнитные щиты планет. О разнообразии источников магнитосфер в солнечной системе
6 из 8 планет солнечной системы обладают собственными источниками магнитных полей, способные отклонять потоки заряженных частиц солнечного ветра. Объем пространства вокруг планеты, в пределах которого отклоняется от траектории солнечный ветер, именуется магнитосферой планеты. Несмотря на общность физических принципов генерирования магнитного поля, источники магнетизма, в свою очередь, сильно варьируются у разных групп планет нашей звездной системы.
Изучение разнообразия магнитных полей интересно тем, что наличие магнитосферы, предположительно, является важным условием для возникновения жизни на планете или ее естественном спутнике.
Железом и камнем
У планет земной группы сильные магнитные поля являются скорее исключением, чем правилом. Наиболее мощной магнитосферой в данной группе обладает наша планета. Твердое ядро Земли предположительно состоит из железоникелевого сплава, разогретого радиоактивным распадом тяжелых элементов. Эта энергия передается путем конвекции в жидком внешнем ядре в силикатную мантию (подробнее). Тепловые конвективные процессы в металлическом внешнем ядре до недавнего времени считались главным источником геомагнитного динамо. Однако исследования последних лет опровергают данную гипотезу.
Взаимодействие магнитосферы планеты (в данном случае Земли) с солнечным ветром. Потоки солнечного ветра деформируют магнитосферы планет, которые имеют вид сильно вытянутого магнитного «хвоста» направленного в противоположном от Солнца направлении. Магнитный «хвост» Юпитера тянется на более чем 600 млн км.
Предположительно источником магнетизма за время существования нашей планеты могло быть сложное сочетание различных механизмов генерирования магнитного поля: первичная инициализация поля от древнего столкновения с планетоидом; не тепловая конвекция различных фаз железа и никеля во внешнем ядре; выделения оксида магния из охлаждающегося внешнего ядра; приливное влияние Луны и Солнца и т.д.
Недра «сестры» Земли — Венеры практически не генерируют магнитного поля. Ученые до сих пор ведут споры о причинах отсутствия динамо эффекта. Одни обвиняют в этом медленное суточное вращение планеты, другие же возражают, что и этого должно было хватить для генерирования магнитного поля. Скорее всего, дело во внутренней структуре планеты, отличной от земной (подробнее).
Стоит оговориться, что Венера обладает так называемой индуцированной магнитосферой, создаваемой взаимодействием солнечного ветра и ионосферы планеты
Наиболее близок (если не сказать, идентичен) к Земле по длительности звездных суток Марс. Планета вращается вокруг своей оси за 24 часа, так же как и два вышеописанных «коллеги» гиганта состоит из силикатов и на четверть из железоникелевого ядра. Однако Марс на порядок легче Земли, и, по мнению ученых, его ядро остыло относительно быстро, поэтому планета не имеет динамо генератора.
Внутреннее строение железосиликатных планет земной группы
Парадоксально, но второй планетой в земной группе, которая может «похвастаться» собственной магнитосферой является Меркурий – наименьшая и самая легкая из всех четырех планет. Его близость к Солнцу предопределила специфические условия, при которых сформировалась планета. Так в отличие от остальных планет группы, у Меркурия чрезвычайно высокая относительная доля железа к массе всей планеты – в среднем 70%. Его орбита имеет наиболее сильный эксцентриситет (отношение ближайшей от Солнца точки орбиты, к наиболее удаленной) среди всех планет солнечной системы. Данный факт, а так же близость Меркурия к Солнцу усиливают приливное влияние на железное ядро планеты.
Схема магнитосферы Меркурия с наложенным графиком магнитной индукции
Научные данные, полученные космическими аппаратами, позволяют предположить, что магнитное поле генерируется движением металла в расплавленном приливными силами Солнца ядре Меркурия. Магнитный момент этого поля в 100 раз слабее Земного, а размеры сравнимы с размерами Земли, не в последнюю очередь из за сильного влияния солнечного ветра.
Магнитные поля Земли и планет гигантов. Красная линия — ось суточного вращения планет (2 — наклон полюсов магнитного поля к данной оси). Синяя линия — экватор планет (1 — наклон экватора к плоскости эклиптики). Магнитные поля представлены желтым цветом (3 — индукция магнитного поля, 4 — радиус магнитосфер в радиусах соответствующих планет)
Металлические гиганты
Планеты гиганты Юпитер и Сатурн обладают крупными ядрами из горных пород, массой в 3-10 земных, окруженные мощными газовыми оболочками, на которые, и приходиться подавляющая часть массы планет. Однако эти планеты обладают чрезвычайно крупными и мощными магнитосферами, и их существование нельзя объяснить лишь динамо-эффектом в каменных ядрах. Да и сомнительно, что при таком колоссальном давлении там вообще возможны явления, подобные тем, что происходят в ядре Земли.
Ключ к разгадке находится в самой водородно-гелиевой оболочке планет. Математические модели показывают, что в недрах этих планет водород из газообразного состояния постепенно переходит в состояние сверхтекучей и сверхпроводящей жидкости – металлический водород. Металлическим его называют из-за того, что при таких значениях давления водород проявляет свойство металлов.
Внутреннее строение Юпитера и Сатурна
Юпитер и Сатурн, как и свойственно планетам гигантам, сохранили в недрах большую тепловую энергию, накопившуюся в период формирования планет. Конвекция металлического водорода переносит эту энергию в газовую оболочку планет, определяя климатическую обстановку в атмосферах гигантов (Юпитер излучает в космос вдвое больше энергии, чем получает от Солнца). Конвекция в металлическом водороде в сочетании с быстрым суточным вращением Юпитера и Сатурна, предположительно и образуют мощные магнитосферы планет.
У магнитных полюсов Юпитера, как и на аналогичных полюсах остальных гигантов и Земли, солнечный ветер вызывает «полярные» сияния. В случае Юпитера, существенное влияние на его магнитное поле производят такие крупные спутники как Ганимед и Ио (виден след от потоков заряженных частиц, «текущих» с соответствующих спутников к магнитным полюсам планеты). Изучение магнитного поля Юпитера является основной задачей работающей на его орбите автоматической станции «Юнона». Понимание происхождения и структуры магнитосфер планет гигантов может обогатить наши знания о магнитном поле Земли
Ледяные генераторы
Ледяные гиганты Уран и Нептун так похожи друг на друга по размерам и массе, что их можно назвать второй парой близнецов в нашей системе, после Земли и Венеры. Их мощные магнитные поля занимают промежуточное положение между магнитными полями газовых гигантов и Земли. Однако и тут природа «решила» соригинальничать. Давление в железокаменных ядрах этих планет все еще слишком велико для динамо эффекта вроде земного, однако недостаточно для образования слоя металлического водорода. Ядро планеты окружено мощным слоем льда из смеси аммиака, метана и воды. Этот «лед» на самом деле представляет собой чрезвычайно нагретую жидкость, которая не вскипает исключительно из-за колоссального давления атмосфер планет.
Внутреннее строение Урана и Нептуна
Ось магнитного поля Урана, как и у Нептуна, сильно смещена относительно центра планеты. Справа сияние атмосферы у магнитных полюсов Урана (белое пятно) снятые телескопом Хаббла
Как и в случае с газовыми гигантами, тепло из недр планет передается конвективными процессами в атмосферу Нептуна и Урана. Математические модели показывают, что жидкость из метана, аммиака и воды обладает высокой электропроводимостью. На определенной глубине этой ледяной мантии, в тонкой прослойке, давление становиться благоприятным для того, что бы гидродинамический эффект от конвекции начал генерировать магнитные поля планет.
Раньше у Земли и Луны был общий магнитный щит. Это спасло планету от Солнца
Четыре с половиной миллиарда лет назад поверхность Земли представляла собой недружелюбное для жизни горячее месиво. Задолго до ее появления, температура на планете была палящей, а воздух — токсичным. К тому же, в то время Солнце бомбардировало Землю сильными выбросами радиации, атакуя планету выбросами корональной массы и поток заряженных частиц (солнечным ветром). Тогда планета была непригодной для жизни. Но, возможно, у Земли был неподалеку «щит», который помог планете сохранить ее атмосферу и, в конечном итоге, не только развить жизнь, но и подходящие условия для нее. Последнее исследование НАСА, опубликованное в журнале Science Advances, говорит о том, что этим «щитом» была Луна.
Читайте «Хайтек» в
«Похоже, что Луна представляет собой существенный защитный барьер от солнечного ветра для Земли, который имел решающее значение для способности Земли поддерживать свою атмосферу в это время», — объясняет Джим Грин, главный научный сотрудник НАСА и ведущий автор нового исследования. «Мы с нетерпением ждем подтверждения своих выводов, когда НАСА отправит астронавтов на Луну с помощью программы Artemis, которая доставит на Землю критически важные образцы Южного полюса Луны».
Согласно ведущим теориям, Луна сформировалась 4,5 миллиарда лет назад, когда объект размером с Марс под названием Тейя врезался в протоземлю. Тогда нашей планете было менее 100 миллионов лет. Обломки столкновения образовали Луну, а другие остатки воссоединились с Землей. Из-за силы тяжести присутствие Луны стабилизировало ось вращения Земли. В то время Земля вращалась намного быстрее, один день длился всего 5 часов.
И в первые дни Луна была намного ближе к Земле. Сейчас она удаляется от Земли со скоростью 3,81 см в год. Четыре миллиарда лет назад Луна была в три раза ближе к Земле, чем сегодня — примерно в 129 000 км по сравнению с нынешними 383 км.
Раньше ученые полагали, что у Луны никогда не было длительного глобального магнитного поля из-за малых размеров ее ядра. Однако давно известно о магнитном поле Земли, которое создает красиво окрашенные полярные сияния в Арктике и Антарктике. Движение жидкого (из-за тепла, оставшегося от образования Земли) железа и никеля глубоко внутри планеты генерирует магнитные поля, которые составляют защитный пузырь, окружающий ее — магнитосферу.
Когда у Луны было магнитное поле, она была бы защищена от приходящего солнечного ветра, как показано на этой иллюстрации.
Но благодаря исследованиям образцов лунной поверхности из миссий «Аполлон» ученые выяснили, что на Луне когда-то тоже была магнитосфера. Свидетельства продолжают накапливаться после изучения образцов, которые были запечатаны в течение десятилетий и недавно проанализированы с помощью современных технологий.
Как и на Земле, тепло от образования Луны могло удерживать железо внутри, хотя и не так долго из-за его размера.
«Это как печь торт: вы достаете его из духовки, а он все еще остывает», — объясняет Грин. «Чем больше масса, тем больше времени требуется, чтобы остыть».
Новое исследование моделирует поведение магнитных полей Земли и Луны около 4 миллиардов лет назад. Ученые создали компьютерную модель, чтобы посмотреть на поведение магнитных полей в двух положениях на их соответствующих орбитах.
Исследователи заявили, что в определенное время магнитосфера Луны могла служить бы барьером для резкого солнечного излучения, падающего на систему Земля-Луна. Согласно модели, магнитосферы Луны и Земли были магнитно связаны в полярных регионах каждого объекта. Что важно для эволюции Земли, высокоэнергетические частицы солнечного ветра не могли полностью проникнуть через связанное магнитное поле и отделить атмосферу.
Ученые подсчитали, что эта ситуация с общим магнитным полем, когда магнитосферы Земли и Луны соединены, могла сохраняться от 4,1 до 3,5 миллиардов лет назад.
Со временем, когда внутренняя часть Луны остыла, наш ближайший сосед потерял свою магнитосферу, а в конечном итоге и атмосферу.
Если наша Луна сыграла роль в защите Земли от вредного излучения в критически раннее время, то аналогичным образом и другие луны вокруг земных экзопланет в галактике могут помогать сохранить атмосферу для своих планет и даже способствовать ее обитаемости условия, говорят ученые.
Магнитные поля экзопланет
Мы пренебрегали одним важным фактором при поисках жизни в других мирах. Мы сосредоточились на температурах, не принимая во внимание исключительную важность магнитных полей. К сожалению, весьма вероятно что магнитные поля, подобные существующему у Земли, очень редки. Это говорит о том, что вероятно почти все планеты, которые мы обнаружили, лишены жизни.
Погибшие миры
Марс и Венера когда-то обладали большим количеством воды. Современные ученые убеждены, что потеря магнитных полей этими планетами позволила солнечной радиации разрушить водяной пар в их атмосферах. Водород улетучился в космос. На месте влажных миров остались лишь безводные пустыни, которыми они являются и сегодня.
Итак, все ли экзопланеты, которые мы находим в «обитаемых зонах» звезд, могут быть похожими на Землю? Или это в большинстве своем адские места, такие как Венера? Сара Макинтайр, аспирантка Австралийского национального университета провела интересную работу. Она изучила вероятность того, что у экзопланет есть достаточно сильные магнитные поля, чтобы они были местом, пригодным для жизни.
И, к сожалению, есть плохие новости для галактических путешественников. В Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества (препринт доступен на arXiv) Макинтайр сообщает, что среди выборки из 496 планет, обнаруженных возле других звезд, только у одной есть небольшой шанс иметь магнитное поле более мощное, чем у Земли. У большинства экзопланет его либо нет вообще, либо эти поля слишком слабы.
Данные Кеплера
Конечно, мы не можем измерять магнитные поля планет, находящихся за пределами Солнечной системы напрямую. Однако считается, что формула, основанная на таких факторах, как радиус планеты, размер и плотность ее внешнего жидкого ядра, а также известные универсальные постоянные, может дать нам информацию о напряженности магнитного поля любого отдаленного мира.
Космический телескоп Кеплер много лет собирал данные, позволившие оценить радиусы найденных планет. Макинтайр заявила, что из этой информации можно извлечь основные характеристики, а также массу планеты и скорость ее вращения. Более 99 процентов планет в эксперименте Макинтайр оказались приливно заблокированы. То есть одна сторона планеты всегда обращена к ее звезде, как Луна к Земле. Поэтому период вращения вокруг своей оси соответствует времени, которое необходимо, чтобы облететь звезду.
Чтобы окончательно лишить далекие экзопланеты шансов на жизнь, давайте вспомним, что большинство из них вращаются вокруг звезд М-типа (красных карликов). Эти звезды периодически выбрасывают мощные вспышки излучения. Это означает, что магнитные поля этих миров должны быть даже сильнее, чем у нашей собственной планеты. Только в этом случае вода будет в безопасности.
Все эти данные, полученные в ходе моделирования, могут помочь объяснить отсутствие инопланетных гостей. А также послужить еще одним напоминанием о том, что наша планета уникальна…
Единственное исключение в эксперименте Макинтайр — экзопланета Kepler-186f. Она вращается вокруг звезды K-типа, что делает ее достойным кандидатом для дальнейшего исследования.