Co generuje pole magnetyczne innych obiektów niż Ziemia?

Pytanie

Pyta Łukasz

Wiemy co jest źródłem ziemskiego pola magnetycznego – a co generuje pole magnetyczne innych obiektów naszego układu planetarnego, np. Jowisza i przede wszystkim Słońca?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Domański

Powstawanie pola magnetycznego w obiektach takich jak gwiazdy i planety opisuje się teorią dynama magnetohydrodynamicznego. Zarówno płynne wnętrza planet, jak i gęste, gazowe wnętrza gwiazd zachowują się w podobny sposób – można je opisywać jako ciecz w ruchu. W obu przypadkach zachodzi konwekcja, czyli ruch materii polegający na tym, że gorętsza materia z wnętrza wędruje w kierunku powierzchni (gdzie się ochładza), a chłodniejsza opada w głąb (gdzie się z powrotem nagrzewa), przez co ruch ten jest cykliczny. Jeśli taka cyrkulująca materia przewodzi prąd lub sama składa się z naładowanych cząstek, wtedy powstają liczne prądy elektryczne, a wraz z nimi pola magnetyczne, jednak ich rozmieszczenie jest przypadkowe i skomplikowane. W większej skali (jeśli np. prądy płyną w przeciwnych kierunkach) część takich pól zanika, a część się wzmacnia. Trzecim ważnym elementem tego mechanizmu jest rotacja ciała niebieskiego, która dzięki efektowi Coriolisa porządkuje prądy i nadaje im wspólny kierunek, dzięki czemu powstaje wzmocnione globalne pole magnetyczne.

W Słońcu największy wkład do pola magnetycznego mają prądy równikowe (na równiku gwiazda rotuje najszybciej), a konwekcji ulega plazma i zjonizowana materia z otoczki jądra.

Spośród planet skalistych tylko Merkury i Ziemia generują pole magnetyczne poprzez mechanizm dynama. W obu występuje płynne, przewodzące żelazne jądro zewnętrzne, w którym zachodzi konwekcja.

Wenus i Mars nie generują pola magnetycznego poprzez mechanizm dynama. W jądrze Wenus najprawdopodobniej nie zachodzi konwekcja, a słabe pole powstaje poprzez oddziaływanie z wiatrem słonecznym. Na Marsie odkryto jedynie lokalne pola magnetyczne wytwarzane prawdopodobnie przez namagnesowaną w przeszłości (kiedy dynamo jeszcze funkcjonowało) skorupę marsjańską.

Jowisz i Saturn generują wewnętrzne pole magnetyczne poprzez dynamo, a konwekcja zachodzi prawdopodobnie w warstwie składającej się z metalicznego wodoru.

Uran i Neptun posiadają wewnętrze pole magnetyczne, które może powstawać dzięki konwekcji w warstwie zawierającej przewodzącą mieszaninę wody, amoniaku i metanu (tzw. ocean wodno-amoniakalny).