Ядро крупнейшего спутника Солнечной системы находится в процессе формирования

Фото из открытых источников

В 1996 году космический аппарат НАСА «Галилео» сделал шокирующее открытие на Ганимеде, крупнейшем спутнике Юпитера и Солнечной системы. У него оказалось магнитное поле, что означало, что он не был «мертв» внутри. В отличие от всех других известных спутников, у него есть внутренняя магнитная динамо-машина — свойство, которое в противном случае встречается только на таких планетах, как Земля, Меркурий и газовые гиганты.

Спустя три десятилетия учёные переосмысливают значение этой области науки. Как сообщают исследователи в журнале Science Advances, динамо-машина Ганимеда, возможно, питается не от бурлящего расплавленного ядра, а от ядра, которое всё ещё находится в процессе формирования. Если это так, Ганимед станет единственным известным миром в Солнечной системе, где формирование металлического ядра всё ещё продолжается, что открывает редкую возможность заглянуть в процесс, который обычно считается завершающимся на ранних этапах истории планеты или спутника.

Если виновником является еще не сформировавшееся ядро, то, «возможно, людям следует пересмотреть свои представления о генерации магнитного поля», — говорит Тина Рюкримен-Бец, планетолог из Мюнстерского университета, которая рецензировала статью.

Магнитное поле Земли возникает из-за движений жидкого металла во внешнем ядре, окружающем твердое железное ядро, напоминающих движение лавовой лампы. Эти движения генерируют электрические токи, которые, в свою очередь, поддерживают магнитное поле. На Ганимеде исследователи предложили аналогичный механизм: «железный снег». В этих моделях жидкое железо охлаждается и кристаллизуется вблизи верхней части ядра, затем опускается и снова плавится глубже, приводя в движение конвективные движения, необходимые для динамо-машины.

Однако эта картина предполагает, что Ганимед образовался при относительно высокой температуре, что позволило металлам отделиться и сформировать ядро на ранней стадии. Другие исследователи, однако, утверждают, что ледяные спутники, такие как Ганимед, могли образоваться при слишком низкой температуре для быстрой дифференциации, что задержало формирование ядра на миллиарды лет.

Чтобы исследовать этот вопрос, Кевин Тринь, планетолог из Калифорнийского технологического института, и его коллеги смоделировали, как генерировалось и передавалось тепло из недр Ганимеда с течением времени. Они предположили, что Ганимед изначально был холодным и постепенно нагревался в течение миллиардов лет, питаемый радиоактивным распадом тяжелых элементов и приливным давлением Юпитера. Со временем из горных пород высвобождалась вода, образуя обширный подповерхностный океан спутника. В то же время богатый железом расплав отделялся от горных пород и просачивался вниз, образуя ядро.

Исследователи обнаружили, что постоянное поступление плотного металла не только формирует ядро, но и перемешивает его. По мере накопления свежего железа оно приводит в движение жидкую внутреннюю часть, поддерживая магнитное динамо. Во многих из их моделирований этот процесс длится миллиарды лет и продолжается до сих пор. «Я привык думать о формировании ядра как о древнем процессе», — говорит Тринь. Но новая работа, по его словам, предполагает, что этот процесс может быть отложен на миллиарды лет после первого образования спутника.

Для этого Ганимед должен был двигаться по узкому пути. Если бы он нагревался слишком медленно, железо никогда бы не расплавилось и не распалось. Но если бы он нагревался слишком быстро — из-за более сильных приливных сил или большего количества радиоактивных элементов — его ядро давно бы завершило формирование, что отключило бы этот механизм. «В принципе, эта история звучит интересно и разумно», — говорит Дорис Бройер, планетолог из Немецкого аэрокосмического центра. Но, учитывая множество переменных, «я не совсем уверена, что они учли все эффекты».

Проверка может состояться в 2031 году, когда космический аппарат Европейского космического агентства Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) прибудет к Ганимеду, говорит Джеймс Робертс, планетарный геофизик из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Измерения гравитационного поля спутника могут показать, как распределяется масса в глубине его недр — сконцентрировано ли железо уже в компактном ядре или все еще перемешано по всей его структуре. Магнитные измерения также могут уточнить оценки размера и свойств ядра. «JUICE проделает фантастическую работу», — предсказывает Робертс.

Даже сейчас магнитное поле Ганимеда выделяет этот спутник среди других. Если ученые миссии придут к выводу, что это также единственный известный мир с еще формирующимся ядром, «это сделает его еще более особенным», — говорит Тринь.