На Меркурии идет железный снег

Новые научные данные свидетельствуют о том, что глубоко внутри Меркурия формируется и падает к центру планеты железный “снег”, подобно тому, как снег возникает в атмосфере Земли и падает на ее поверхность.

Благодаря этому процессу и образуется магнитное поле планеты, считают исследователи из Университета Иллинойса и Университета Западного резервного района (Case Western Reserve University) в Кливленде, штат Огайо.

В статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters, ученые описали эксперименты в лаборатории и математические модели, которые описывают вероятные условия внутри самой близкой к Солнцу планеты.

Меркурий — единственная, если не считать Землю и газовые гиганты, планета солнечной системы, обладающая общепланетным магнитным полем. Открытое в 1970-е годы станцией “Маринер-10” магнитное поле примерно в 100 раз слабее земного. Большинство моделей не могли дать ему объяснения.

Магнитное поле Земли формируется благодаря потокам расплавленного железосодержащего вещества в ее ядре, которые подобно гигантскому электромагниту и формирует магнитное поле. Меркурий по размерам ненамного больше Луны, и, как считалось ранее, так же, как она, давно остыл и геологически пассивен. Обнаруженное “Маринером” поле не вписывалось в эту модель.

“Последние измерения вращения Меркурия, сделанные с Земли с помощью радаров, показали слабые покачивания, что свидетельствует о том, что по меньшей мере часть ядра планеты расплавлена”, — говорит ведущий автор исследования, аспирант Иллинойса Бин Чен (Bin Chen), чьи слова цитируются в сообщении пресс-службы университета.

“Впрочем, — добавляет он, — в отсутствие сейсмологических данных с планеты, мы очень мало знаем о ее внутреннем строении”.

Ядро Меркурия, состоящее в основном из железа, также содержит серу, которая снижает температуру плавления железа и играет важную роль в формировании магнитного поля планеты.

Чтобы лучше понять физическое состояние в ядре Меркурия, ученые использовали сверхмощный пресс, чтобы изучить поведение смеси железа и серы в условиях высокого давления и температуры.

В каждом эксперименте образцы смеси железа и серы подвергали определенному давлению и разогревали до определенной температуры. Затем образцы охлаждали, разрезали надвое и изучали под электронным микроскопом и с помощью электронного микроанализатора.

“Быстрое охлаждение сохраняло структура образцов, которые обнаруживали разделение на твердую и жидкую фазы, и сера содержалась в каждой из них”, — говорит Чен. “Базируясь на данных нашего эксперимента, мы можем сделать выводы о том, что происходит в ядре Меркурия”, — добавляет он.

По мере того, как расплавленная смесь железа и серы охлаждается во внешних слоях ядра, атомы железа конденсируются в “снежинки”, которые падают к центру планеты, рассказал Чен. По мере того, как холодный железный “снег” опускается вниз и легкая, богатая серой жидкость подымается, конвективные потоки создают гигантскую динамо-машину, которая и создает относительно слабое магнитное поле планеты.

Железный “снег”, скорее всего, выпадает в двух различных зонах ядра планеты, считают ученые. Такая внутренняя структура может быть уникальной среди планет земной группа и похожих на них лун в нашей солнечной системе.

“Наши исследования создают новый контекст для продолжающихся наблюдений Меркурия с борта автоматической станции НАСА “Мессенджер”, — говорит Ли. По его мнению, “теперь мы можем связать физическое состояние самой близкой к солнцу планеты с образованием и эволюцией всех планет земной группы”.

“Снегопады” внутри Меркурия дают новые сценарии, где конвекция может генерировать всепланетное магнитное поле. Наши исследования помогут понять природу и эволюцию внутреннего строения Меркурия, а также других планет и лун”, — отмечает профессор геологии Джи Ли (Jie Li) из университета Иллинойса.