Массивные суперземли могут обладать мощными магнитными щитами благодаря магме

Фото из открытых источников

Суперземли — это «средние дети» галактики. Они крупнее Земли, но меньше газовых гигантов, таких как Нептун. Мы находим их повсюду, и многие из них удобно располагаются в «зоне Златовласки» — том самом месте, где на поверхности может скапливаться жидкая вода.

Но есть проблема. Магнитное поле планеты имеет важное значение для защиты жизни, а многие из этих планет, как считалось, такого поля не имеют.

Новое исследование ставит под сомнение эту идею. Ученые утверждают, что, в отличие от магнитного поля Земли, которое возникает в ядре, магнитные поля этих планет могут возникать из магмы в мантии Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«В этой статье предполагается, что, как и во многих других случаях, экзопланеты могут не обязательно соответствовать парадигме Солнечной системы в отношении генерации магнитного поля», — написал Лука Мальтальяти, старший редактор журнала Nature Astronomy, не принимавший участия в новом исследовании, в краткой статье, обобщающей результаты.

Магнитное поле Земли создаётся железным внешним ядром. Это гигантский динамо-генератор — вращающийся металл создаёт электрический ток, который генерирует магнитное поле. Однако на суперземле масса планеты огромна. Давление настолько сокрушительное, что оно может сжать железное ядро в твёрдый, «замороженный» ком, убивая любую возможность существования динамо-генератора.

Мики Накадзима с командой из Рочестерского университета предположили, что у природы есть обходной путь. Они задали необычный вопрос: могут ли камни проводить электричество?

Обычно ответ однозначно отрицательный. Но команда Накадзимы предположила, что в суровых условиях внутри гигантской планеты законы физики меняются. Чтобы проверить это, они использовали мощные лазеры, чтобы обжечь образцы оксида магния — распространенного планетарного минерала — давлением до 1400 гигапаскалей. Это в 14 миллионов раз больше давления на уровне моря.

Под этим воздействием произошло нечто невероятное. Электроны в камне начали свободно перемещаться. «Камень» стал металлическим.

Эксперименты опровергли давно устоявшееся убеждение. Оказывается, для того чтобы магма была проводящей, железо не обязательно. Большую роль играет само давление. Это означает, что даже «бедные железом» планеты могут быть магнитно активными, при условии, что их масса в три-шесть раз превышает массу Земли.

Удивительно, но эти щиты, приводимые в движение магмой, обладают огромной мощностью. Модель, разработанная командой, показывает, что динамо-машина, работающая за счет магмы, обычно в десять раз мощнее, чем традиционная версия с железным сердечником.

Это кардинально меняет наше представление о том, что делает планету «похожей на Землю». Природа гораздо более изобретательна, чем предполагает наша собственная солнечная система. Вселенная может быть полна «защищенных магмой» миров, которые выглядят инопланетными внутри, но представляют собой безопасное убежище снаружи.

Это также позволяет нам заглянуть в наше собственное прошлое. Ученые считают, что ранняя Земля, вскоре после своего образования, представляла собой расплавленный шар хаоса. Вероятно, тогда у нее не было твердого внутреннего ядра. Как же тогда у нее появилось магнитное поле, защищающее первые проблески жизни? Возможно, молодая Земля также питалась магматическим океаном у основания. В то время как текущие эксперименты Накадзимы сосредоточены на более высоких давлениях суперземель, команда уже переходит к изучению более низких давлений (около 130 ГПа), которые существовали внутри молодой Земли.

Конечно, это пока лишь гипотеза. Исследователи показали, что на этих планетах могут быть магнитные поля, создаваемые магмой, но мы пока не наблюдали такого поля.

Возможно, вскоре это изменится.

Мы стоим на пороге новой эры астрономии. В ближайшие годы новые телескопы, возможно, смогут обнаружить магнитные сигналы этих далёких миров. Когда мы наконец обнаружим сигнал, мы можем увидеть не пульсацию железного сердца, а свечение металлического океана в глубине тьмы.

В конечном итоге, это исследование показывает, что обитаемость зависит не только от правильного расстояния до звезды. Важно то, что происходит в её недрах. Оказывается, огромный океан жидкой породы может быть лучшей страховкой для планеты.