Магнитные поля планет и звезд образуются сходной, и, в то же время, различной по перечню инициирующих поле факторов природой. Сходной – принципиально, любое магнитное поле порождается движущимися зарядами – электрическим током, на микро- или макроскопическом уровне (первично, конечно, на микроскопическом). Но для звезд, являющихся сами по себе высокоионизированными объектами, находящимися в постоянной конвекции, источником энергии которых является непрерывная термоядерная реакция в теле звезды, факторов, формирующих магнитное поле, значительно больше. Для планет характерны дипольный, квадрупольный (возможно, при точных измерениях при возможности, большего количества полюсов) глобальные магнитные моменты, генерируемый токами в проводящей части мантии и ядра планеты и, частично, токами в плазменных торах радиационных поясов магнитосферы. Степень вклада радиационных поясов в суммарное магнитное поле планеты реально оценить степенью изменения поля во время магнитных бурь. Звезда – сама по себе сгусток заряженных частиц высокой концентрации, конвективные и иные процессы в которой формируют ток и, следовательно, сопутствующее ему магнитное поле. Факторов, формирующих собственное магнитное поле звезды, больше, нежели у планет. В звездах моментами, инициирующими возникновение основного магнитного поля, являются: - вращение звезды вокруг своей оси – течение/перемещение плазмы – заряженных частиц – электрический ток относительно слоев (звезды вращаются несинхронно как по широтам, так и по глубинам), генерирующий магнитное поле – основной дипольный момент, ориентированный примерно по оси вращения звезды - конвекция вещества в масштабе звезды, которая порождает токи в проводящей среде (звезда – почти сплошь проводящая среда) – также вносит свой вклад в формирование основного магнитного поля звезды - токи в конвективных ячейках порождают локальные магнитные поля, напряженностью на порядки, превышающие собственное «основное» поле звезды. Магнитные поля конвективных ячеек звезд – те самые «иглоподобные поля», образующие магнитный ковер поверхности звезды. Каждая конвективная ячейка – поток плазмы, генерирующий вокруг себя магнитное поле. - солнечные пятна, в силу высокой степени конвекции в зонах их образования, создают высокую плотность потока заряженных частиц, соответственно, формируя сильные (в 2-4 тыс. раз сильнее общего магнитного поля) локальные магнитные поля. Стоит отметить, что мощные локальные поля в общем относительно слабом поле, должны искажать и перенаправлять ток «нормально» текущих заряженных частиц, отклоняя направления этих потоков. - обращение планет и спутников приливными возмущениями генерирует торовые токи в различных слоях звезды – вклад в формирование общего магнитного поля звезды широтных токов гравитационно-приливной составляющей основного дипольного момента ориентированного примерно вдоль оси вращения звезды. Плоскости орбит планет лежат примерно в плоскости экватора звезды, токи, генерируемые их приливными воздействиями, соответственно, также примерно параллельны экваториальной плоскости. Соответственно, ось магнитного диполя основного поля звезды приближается к оси ее вращения. Как вариант – это составляющая квадрупольного момента магнитного поля звезды. - прямая термоядерная реакция порождает непрерывный электромагнитный импульс с последующим ускорением образующихся элементарных частиц магнитным полем материнского источника - генерация электромагнитного излучения и магнитного поля в системах двойных звезд – по гравитационному и приливному признаку – мощный источник электромагнитного излучения и магнитных полей. В данной ситуации рост напряженности поля измеряется десятками порядков, но это характерно не для всех звезд, а, именно, для магнитных, белых карликов и нейтронных. h - генерация импульсного поля и магнитных вспышек при скоростном обращении и аккреции вещества двойной (или более ступенчатой системы) при падении вещества на более массивный объект для массивных объектов в условиях быстрого вращения, в том числе при наличии аккреции с соседа – гравитационный разгон заряженных частиц в корсете силовых линий поля. Движение скоростных высокоэнергетических частиц – источник магнитного поля высокой напряженности. С увеличением массы, давления и сжатия вероятен распад ядер элементов и «переупаковка» атомов. В нейтронных звездах в расчет принят момент слияния пары электрон-протон с образованием нейтронов. Косвенным подтверждением может служить наличие в составе и спектрах звезд относительно легких элементов и отсутствие ядер тяжелых и нестабильных - например, тех, с которыми, в «нормальных условиях» на Земле, мы проводим ядерные реакции деления. Этому же способствует и состав звезды – огромное количество частиц высоких энергий, «разбивающих» и не дающих синтезироваться, «закрепиться» ядрам тяжелых элементов, и без того разваливаемых мощным гравитационным полем звезды – своего рода, «предел Роша» для атомов. Соответственно, продолжение таблицы Менделеева и новые «утяжеленные» элементы нужно искать в зонах пониженной гравитации, например, в глубоком вакуумном гравитационно неотягощенном космосе и спектральных линиях текущих (не реликтового, например) излучений. Это основные моменты, формирующие общий основной магнитный момент звезд. Учитывая значительное гравитационное сжатие звезд и им подобных объектов, наличие огромного количества циркулирующих в материнском теле звезды, в том числе заряженных, элементарных частиц, обладающих собственным магнитным моментом, вклад каждого из этих факторов в образование своей «доли» в общий магнитный момент звезды нуждается в уточнении. Кроме того, двойные звезды формируют значительные магнитные поля – также за счет двойной природы объекта. Везде, где мы имеем двойную или более кратную систему – всегда мы имеем значительное для фиксирования и измерения магнитное поле этой системы, токи, на порядки превышающие «стандартные» звезды и мощнейшие по выбросу энергии вспышки в самых разных диапазонах излучений и частот. Основные заметные к выделению моменты двойной системы: – значимое приливно-гравитационное взаимодействие при наличии значительного собственного несинхронного вращательного момента у хотя бы одно из компонентов двойной системы; - излучение торможения при аккреции вещества звезды-донора на излучающий гравитационный объект. Стоит отметить, что сами двойные системы являются энергосамовосполнимыми, очевидно, до определенного предела, источниками энергии – за счет аккреции, использования и перераспределения вещества и энергии звезды-донора, приливного гравитационного момента пары и несинхронного вращения компонентов. Наиболее показательный доступный пример планетарного масштаба – система Юпитер – Ио, в случае которых мы имеем возможность наблюдать колоссальный энергетический потенциал, связанный с вращением значительной массы спутника в зоне критической близости от планеты, с коротким периодом обращения (1.769 суток) спутника, быстрым вращением самой планеты 9ч 50.5 мин (ветры на Юпитере 150 м/с, а это есть высокая степень конвекции вещества тела планеты в относительно наблюдаемых слоях – также заметная для фиксации модель вращения газовых небесных тел и показатель степени глобальной конвекции атмосферы). Как результат имеем значительный и абсолютно достаточный для постоянной вулканической деятельности разогрев спутника, наведение тока до 5 млн. ампер при потенциале 400 000 В при прохождении Ио в торе плазмы первого радиационного пояса Юпитера, пробивания разряда в части облаков и, как следствие, дополнительный вклад уже этого тока в формирование магнитного момента, вносящего вклад в периодическое радиоизлучение Юпитера. Что касается планет, из факторов, формирующих магнитное поле, сразу выпадает значительное количество ионизированного материала (плазмы) в данных небесных телах, и все моменты, связанные с этой составляющей формирования магнитного поля – по сравнению со звездами. Существующая на сегодня, в качестве рекомендуемой, теория образования основного магнитного поля планет за счет гидромагнитного динамо, в целом, сводится к тому, что в токопроводящих оболочках и ядре планет (мантия, ядро), за счет возникновения конвективных и турбулентных движений, генерируются теллурические токи. Как правило, фактором, генерирующим данные токи, в существующих теориях, представляется тепловая конвекция. Тем не менее, наиболее перспективным и стабильным источником энергии и генерации теллурических токов в мантии и ядре планеты представляется наличие приливной составляющей от обращения спутников вокруг планеты, асинхронного относительно спутника вращения планеты и асинхронного движения планеты вокруг Солнца. На настоящий момент установлено и практически подтверждено приливное влияние на различные слои мантии и ядра Земли, например, в работе Тимофеева В. Ю. по результатам исследования приливных сил в Байкальской рифтовой зоне. Как фактором, обуславливающим основное магнитное поле, планеты вынуждены «довольствоваться» конвекцией в токопроводящей части тела планеты, генерируемой приливными взаимодействиями со спутниками, звездой обращения и, в меньшей степени, между собой, собственной конвекцией вещества. Гравитационные токи возмущения (их приливно-гравитационная часть) генерируют конвекцию токопроводящих слоев. Наличие конвекции в токопроводящем ядре – достаточное условие возникновения тока и, соответственно, магнитного поля относительно его. Приливная составляющая в мантии, ядре и, возможно, гидросфере от обращения спутников и осевого вращения планеты при движении относительно гравитационной массы (спутников, Солнца, звезды обращения), представляется наиболее вероятной, реальной и достаточной силой для инициирования теллурических токов, генерирующих основное магнитное поле планеты, как, впрочем, в определенной степени, и самой звезды, относительно обращающихся вокруг нее планет. Планета (в наблюдаемом нами доступном ряде), на практике, имеет, заметное для фиксирования магнитное поле: - при наличии обращающихся в определенной близости гравитационных масс (спутников, колец) – Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - при наличии близкорасположенной массы (звезды, иного гравитационного центра обращения) при условии собственного момента вращения вокруг оси несинхронно с этой массой – наиболее явно это выражено у Меркурия, но касается и остальных планет – степень «вклада» Солнца в формирование приливной гравитационной составляющей в генерацию тороидальных токов вещества текучей части мантий и ядер планет будет зависеть от массы планеты, степени сжатия, степени подвижности (динамичности) мантии и ядра планеты и расстояния от нее до Солнца (гравитационной массы возбуждения). - при наличии собственного значительного момента осевого вращения, несинхронного с генерирующим (возбуждающим) ток спутником (Солнцем или иной массой). Отсюда отсутствие заметных для фиксации магнитных полей у спутников, имеющих синхронное вращение с планетами – при отсутствии приливного момента их магнитные поля носят, скорее, наведенный, а не генерируемый характер; относительно слабое магнитное поле Меркурия и, практически, полное отсутствие его у Венеры – планет, имеющих жидкие проводящие ядра, но очень медленное осевое вращение при отсутствии спутников (основной возмущающий момент токи ядра – Солнце) и, соответственно, малую приливную составляющую в конвекции жидкого ядра. Медленное вращение, стремящееся к синхронному, снижает приливно-гравитационный момент в недрах планеты, замедляет (или делает, практически, нулевой) приливную конвекцию материала мантии и ядра, что приводит к практическому отсутствию глобальных теллурических токов. Ярким примером тому может служить Венера – по всем параметрам имеющая жидкое токопроводящее ядро, более высокую степень разогрева от Солнца по сравнению с Землей, но, практически, не имеющая собственного генерируемого магнитного поля. - при значительной массе и степени гравитационного сжатия планеты. У небесных тел незначительной массы отсутствует жидкое токопроводящее ядро. Тепла от сжатия и приливного взаимодействия у таких тел недостаточно для приведения вещества ядра в жидкое электропроводящее и делающее возможной конвекцию состояние. Также, как правило, у тел малой массы, практически, отсутствует атмосфера, ионизация которой, при взаимодействии со звездным ветром и частицами радиационных поясов планет, может вносить свой вклад в формирование магнитного поля небесного тела, а именно, его наведенной составляющей за счет токов в ионосфере. - при наличии близкорасположенного источника тепловой энергии и гравитационно-приливной составляющей также повышает вероятность наличия жидкого ядра (Солнце – для Меркурия, Венеры, Юпитер – для Ио, Европы, группа Ио – Европа – Ганимед – Каллисто друг для друга) - при составе ядра планеты, обеспечивающий, при достаточном разогреве и плавлении вещества, его токопроводимость. - для спутников – при взаимном несинхронном (например, кратном, как у Галилеевых спутников Юпитера Ио – Европа – Ганимед) вращении, дающем мощную взаимную приливную составляющую разогрева и конвекции недр спутников. Данный момент должен приводить, при наличии подвижных токопроводящих мантии или ядра, к формированию теллурических или гидравлических токов, что, в свою очередь, должно приводить к генерации собственного магнитного поля. По существующим данным, наличие собственных магнитных полей у вышеупомянутых спутников Юпитера (превышающим собственные магнитные поля Венеры, Меркурия и Марса), подтверждается результатами измерений межпланетной станцией «Галилео» - при различии периодов обращения планеты, атмосферных токов (несинхронность вращения слоев и зон) - при наличии проводящей гидросферы (например, у спутников Юпитера Европы, Ганимеда, при уточнении данных – Каллисто. Учитывая степень сжатия тела планет и явное наличие момента «переупаковки» атомов вещества их состава с глубиной (о чем свидетельствуют резкие границы раздела при сейсмических исследованиях Земли), вырождение вещества в металлическую фазу (например, металлического водорода на Юпитере), а именно, образование «электронного газа», нельзя исключать прямое гравитационное формирование тока этого электронного газа за счет гравитационных сил притяжения инициатора тока обращения (спутника, звезды обращения). Количество радиационных поясов планеты может быть пропорциональным количеству и периоду обращения спутников (скорее, углам наклона плоскостей их орбит к плоскости экватора планеты) + Солнце (материнская звезда). Смещение магнитного диполя относительно оси вращения планеты (принципиально ось диполя стремится к ней) согласуется с - наклонением плоскостей орбит спутников к плоскости экватора планеты - наклонением оси вращения планеты к плоскости орбиты - наклонением плоскости орбиты планеты к плоскости экватора Солнца Цикличность вариаций магнитного поля Земли согласуется с - периодом вращения Земли вокруг своей оси – суточные вариации - 27-ми дневным лунным циклом - наклоном земной оси к плоскости орбиты – сезонные вариации. В периоды равноденствий, когда экваторы Земли и Солнца совпадают и гравитационная приливная составляющая Солнца имеет максимальную проекцию на экваториальные потоки внутри Земли, имеют место максимумы амплитуды геомагнитной активности; в периоды солнцестояний – минимумы - когда Солнце находится в максимальном склонении. В то же время, во времена совпадений экваторов Солнца и Земли, Солнечный ветер, имеющий наибольшую плотность в плоскости солнечного экватора, также усиливает ионную насыщенность ионосферы Земли. Главным итогом проведенного анализа и обзора можно считать, что основной причиной теллурических токов, формирующих основное магнитное поле, в мантиях и ядрах планет является приливное воздействие спутников и Солнца при вращении планеты вокруг своей оси, обращении спутников вокруг планеты и обращении планеты вокруг Солнца. Если у планеты (например, Юпитера, Сатурна) другая направленность поля, причинами явления обратной направленности могут быть следующие моменты - теллурические токи в проводящем ядре имеют иное направление – например, за счет асинхронности вращения внешних и подлежащих проводящих генерирующих поле слоев - носителями зарядов теллурических токов мантии и ядра планеты и торовых токов ионосферы, создающих фиксируемое суммарное поле, являются ионы другого знака. Это также может быть вероятной причиной инверсий магнитного поля Земли, например, обогащение генерирующей поле магмы водой.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Магнитное поле планет» з дисципліни «Астрофізика»
