آیا سیارات دوردست میدان‌ مغناطیسی دارند؟

0
188

بیگ بنگ: هر فردی می‌داند که زمین یک میدان مغناطیسی دارد – این میدان باعث می‌شود قطب‌نما جهات شمال و جنوب را مشخص کند تا بتوانیم در اقیانوس‌ها حرکت کنیم. همچنین از جو و حیات در برابر بادهای قدرتمند خورشید محافظت می‌کند. اما سیارات دیگرِ زمین مانند در کهکشان راه شیری چطور هستند؟ آیا آنها نیز میدان‌های مغناطیسی دارند که از ظهور حیات پشتیبانی می‌کنند؟

whatmagnetic
تصویر هنری از یک ابرزمین در منطقۀ قابل سکونت‌‍‌ یک ستاره‌ خنک‌تر و کوچکتر از خورشید. چنین سیارات بزرگی می‌توانند اقیانوس‌های وسیعی از ماگما داشته باشند که میدان‌های مغناطیسی را تولید می‌کنند که محافظی برای حیات آغازین می‌باشند.

به گزارش بیگ بنگ، یک تحلیل جدید به نوعی سیارۀ فراخورشیدی پرداخت – ابرزمین‌هایی که تا پنج برابر اندازه‌ سیارۀ ما هستند – و نتیجه گرفت که این سیارات نیز احتمالأ دارای یک میدان مغناطیسی هستند، اما میدانی که به شکلی کاملأ جدید تشکیل شده است: توسط اقیانوس‌هایی از ماگمای سیارات. این کشف حیرت‌آور مبنی بر اینکه سنگ‌هایی که در روی سطح و زیر آن به آهستگی ذوب شده‌اند یک میدان مغناطیسی قوی را ایجاد می‌کنند نشان می‌دهد که در سال‌های اولیۀ شکل‌گیری زمین، یعنی وقتی هنوز یک توده سنگ ذوب شده بود، دارای یک میدان مغناطیسی بود که توسط ماگما تولید شده است. این میدان علاوه بر میدان کنونی آن که در هسته‌ خارجی آهن مایع تشکیل شده وجود داشت.

بورخارد میلیتزر، استاد زمین‌شناسی و علوم سیاره‌ای در دانشگاه برکلی گفت: «این یک الگوی جدید از تولید میدان‌های مغناطیسی است. میدان مغناطیسی ما بر روی زمین در هستۀ خارجی مایع تولید شده است. بر روی سیاره مشتری، این میدان از همرفت هیدروژن فلزی مایع تشکیل می‌شود. بر روی اورانوس و نپتون، این میدان از لایه‌های یخی تشکیل می‌شود. در حال حاضر، سنگ‌های ذوب شده را نیز به این فهرست بلندبالا از مواد تشکیل دهندۀ میدان مغناطیسی اضافه کردیم.» پیوند بین داخل یک سیاره و میدان مغناطیسی آن به اخترشناسان کمک می‌کند تا اطلاعاتی درباره‌ نحوۀ شکل‌گیری و سن سیارات فراخورشیدی بدست آورند.

میلیتزر گفت: «این امر در آیندۀ دور رخ خواهد داد اما اگر کسی بتواند یک سیاره‌ فراخورشیدی را مشاهده کند و یک میدان مغناطیسی پیدا کند، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود یک اقیانوس ماگما در آنجا باشد، حتی اگر نتوان آن را مستقیمأ مشاهده کرد.» این نتایج در واقع بر وجود حیات بر روی سیارات دیگر دلالت دارند. وقتی اقیانوس‌های ماگما از بالا خنک می‌شوند، یک سطح قابل سکونت برای زندگی ظاهر می‌شود، در حالیکه گوشتۀ ذوب شده همچنان تعویض می‌شود.

فرانسیس سوبیران، استاد فوق‌دکترای اسبق دانشگاه برکلی گفت: «یک میدان مغناطیسی به محافظت از جو سیاره در برابر وزش بادهای ستاره‌ای کمک می‌کند. بیشتر ابرزمین‌هایی که اکنون کشف کرده‌ایم بسیار نزدیک به ستارگان میزبانشان هستند و در معرض بادهای ستاره‌ای خیلی قوی قرار دارند. از این رو، احتمال وجود یک میدان مغناطیسی، قطعأ مولفه‌ای کلیدی در تکامل سیاره و سکونت‌پذیر بودن آن است.»

دینام داخلی زمین

میدان مغناطیسی امروزی زمین در یک هستۀ خارجی از آهن ِ گداخته تولید می‌شود که در آن، توده‌هایی از آهن مایعِ دارای رسانش الکتریکی همراه با چرخش زمین یک دینام را همراه با یک میدان مغناطیسی پایدار ایجاد می‌کنند. اما زمین سنگی پس از شکل‌گیری اولیه ۴٫۵ میلیارد سال پیش ذوب شد و برخی از لایه‌های آن به مدت میلیون‌ها سال بعد از تولد بصورت گداخته و همرفتی باقی ماندند – همانند آب در حال جوش فقط کمی آهسته‌تر. آیا اقیانوس ماگمایی که به آهستگی در حال همرفت است یک میدان مغناطیسی شبیه میدانی که در هستۀ آهنی امروز زمین تشکیل شده، تولید کرده است؟

whatmagneticلایه‌هایی از یک ابرزمین احتمالی. حرارت ناشی از تشکیل چنین سیارۀ بزرگی می‌تواند اقیانوس‌های ماگما را برای میلیاردها سال فعال نگه دارد و میدان مغناطیسی خودش را علاوه بر میدان مغناطیسیِ تولید شده در اثر آهن مایع تولید کند.

همین سئوال برای ابرزمین‌هایی که در اطراف ستارگان دیگر کشف شده‌اند، مطرح می‌شود. ابرزمین‌ها به حدی پرجرم هستند که داخل آنها یعنی گوشته باید بعد از گذشت چند میلیارد سال پس از تشکیل همچنان مایع و همرفتی باشد. در هر دو صورت، ماگمایی که به آهستگی بر روی سیارۀ در حال چرخش است جوشیده می‌شود و می‌تواند یک میدان مغناطیسی قوی را در صورتی تولید کند که سنگ مایع رسانای الکتریسیته باشد. هیچکس نمی‌دانست که این امر رخ می‌دهد.

آزمایش بر روی سیلیکات‌ها – عبارتی که به هزاران ماده معدنی مبتنی بر سیلیسیم که درون سنگی زمین را تشکیل می‌دهند اشاره دارد – در دماها و فشارهای بالا درون ابرزمین دشوار است. حتی بررسی این مسئله که آیا سنگ جامد یا مایع است در شرایط درون زمین کار ساده‌ای نیست: دماهای ۱۰ هزار سلسیوس و فشارهای ۱۰ میلیون برابر هوای اطراف ما.

سوبیران گفت: «در دماها و فشارهای استاندارد، سیلیکات‌ها یا کاملأ بهم چسبیده‌اند یا پیوندهای مولکولی دارند و نمی‌توانند به طور آزادانه حرکت کنند و جریانات الکتریکی ماکروسکوپی را ایجاد کنند. حتی اگر فشار درونی بالا به کاهش موانع برای حرکت الکترون‌ها کمک کند، ضرورتأ مشخص نمی‌شود که سیلیکات‌ها در ابرزمین‌ها رسانایی داشته باشند.» اما سوبیران و میلیتزر به مدل‌های کامپیوتری در مقیاس اتمی از مواد معدنی مجاز دسترسی داشتند تا رسانش کوارتز (سیلیسیم اکسید)، منیزی (منیزیم اکسید) و سیلیسیم-منیزیم-اکسید (پس از پروسکایت) را محاسبه کنند که همگی آنها در سنگ‌های روی زمین، ماه و احتمالأ تمام سیارات منظومه شمسی ما رایج هستند.

پس از محاسبات طولانی مدت هریک از سه مورد، آنها کشف کردند که این سیلیکات‌ها وقتی در دماها و فشارهای بالا از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شوند رسانا می‌شوند. آنها وقتی رسانش‌ها را به این مدل‌های داخل زمین متصل کردند کشف کردند که سنگ‌ها به اندازه‌ی کافی رسانایی دارند تا دینام و در نتیجه میدان مغناطیسی را تحمل کنند.

سوبیران گفت: «محاسبات ما نشان داد که ساختار نامنظم مایع به الکترون‌ها کمک کرد رسانش پیدا کنند.» سیلیکات مایع در فشار اتمسفر ۱۰۰۰۰ سلسیوس و ۱۰ میلیون فقط یک صدم رسانش آهن مایع را دارد. سوبیران اشاره کرد سیاراتی که با یک دوره‌ی دور روزه یا بیشتر می‌چرخند یک میدان مغناطیسی شبیه زمین تولید می‌کنند: یک میدان دوقطبی با یک شمال و جنوب واضح. هرچند، چرخش آهسته‌تر می‌تواند یک میدان نامنظم‌تر را ایجاد کند که تشخیص آن از دور دشوارتر است. بروس بافِت، متخصص دینامیک درون زمین در برکلی که در تحقیق مشارکت نداشت گفت که سیارات فقط زمانی می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تولید کنند که تعادل درستی از رسانایی الکتریکی و سرعت سیالات داشته باشند تا بتوانند بازخورد لازم برای حفظ یک میدان مغناطیسی را ایجاد کنند.

بافِت گفت: «انتظار بسیاری از ژئوفیزیکدانان این بود که حداقل تحت شرایط زمین، رسانایی سیلیکات‌های مایع بیشتر در گروه حرکات مایعات بزرگ برای جبران رسانایی پایین قرار داشته باشد، در این صورت یک میدان مغناطیسی خواهید داشت. این اولین محاسبه‌ی دقیق شرایط فشار و دمای بالاتر است و نشان می‌دهد که رسانایی‌ها به نظر کمی بالاترند، بنابراین حرکات مایعات که برای تمام این کارها نیاز دارید احتمالأ کم شدت‌تر خواهند بود.»

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org


دیدگاهتان را بنویسید

Please enter your comment!
Please enter your name here

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.