Какие планеты имеют заметные магнитные поля кратко

Обновлено: 05.07.2024

Наличие или отсутствие у космических тел магнитного поля связывают с их внутренним строением.

Постоянное магнитное поле невозможно, так как температура в ядрах планет Солнечной системы намного выше точки Кюри. Было предложено множество объяснений природы внутреннего магнетизма планет; такие как термоэлектрический эффект или магнитные монополи не имеют удовлетворительных физических оснований, либо дают поля, по величине гораздо меньшие наблюдаемых. На настоящий момент общепринятой является теория магнитогидродинамического динамо: магнитное поле генерируется благодаря конвекционным потокам в жидком токопроводящем ядре [1] . Она была предложена в 1919 году Дж. Лармором (на тот момент для объяснения магнетизма солнечных пятен) [2] , затем теоретические основы теории были разработаны У. Элсассером [en] в 1939 году [3] и Э. Белордом [en] в 1949 году [4] .

Таким образом, необходимым условием генерации магнитного поля является наличие жидкого ядра, проводящего ток, причём в нём должны иметь место потоки. Правда, касательно их происхождения нет столь существенной определённости, как по поводу теории магнитного динамо в целом; так, например, предлагались гипотезы о прецессии и приливных силах. Однако наиболее вероятной причиной таких потоков и, как следствие, источником энергии, компенсирующим потери на тепловое рассеяние, является термохимическая конвекция [5] . Показано, что в её отсутствие магнитное поле Земли затухало бы в e раз за каждые 15000 лет, что ничтожно мало по сравнению с возрастом Земли — 4,5 млрд. лет [1] . Кроме того, именно отсутствие конвективных потоков, судя по всему, ответственно за слабость магнитного поля Венеры [6] .

Магнитное поле тел Солнечной системы изучается как экспериментально — путём космических исследований — так и теоретически — посредством моделирования. Последнее требует решения системы нелинейных уравнений в частных производных (уравнение Навье-Стокса, уравнение магнитной индукции и др.), включающих параметры, значения которых в условиях ядер планет исключительно малы. Так, число Экмана, выражающее отношение величин вязкости и силы Кориолиса, составляет порядка 10 −15 , а магнитное число Прандтля, отвечающее за отношение вязкости к силе Лоренца — 10 −6 . Эти значения пока недостижимы как в численном моделировании, так и в экспериментах по воссозданию магнитного динамо в лабораторных условиях. Последние тем не менее полезны в плане понимания механизма [1] .

У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.

Магнитное поле Меркурия

Оно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.

Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа. Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.

Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.

Магнитосфера

Она захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.

MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве. Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.

Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.

Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.

Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.

Общее строение планеты

Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.

Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.

Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.

Почему у Венеры нет магнитного поля?

Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.

Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.

Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.

Презентации

Темы для изучения

Знаки астрономические, созвездия

Разное

Владельцы сайта

2197 дн. с момента
Наблюдательный тур Московской олимпиады по астрономии

Магнитное поле планет Солнечной системы и Солнца

Соотношение между единицами магнитной индукции СИ и СГС: 1 Тл = 10 4 Гс 1 Гс = 10 -4 Тл

1 эрстед равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс

Магнитное поле

Особенности

У магнитного поля Меркурия наблюдается большой дисбаланс в направлении север-юг

Индукция магнитного поля на полюсах составляет 0,7 Гс, на экваторе – 0,31 Гс

И в 20 раз больше на полюсах

Индукция магнитного поля на уровне верхушек облаков составляет 3 Гаусса на экваторе и около 14 Гаусс на полюсах.

Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты – оно простирается на 650 миллионов километров (за орбиту Сатурна!).

В 1,5 раза слабее Земли

Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (в 1,5 раза слабее Земли)

Ось магнитного диполя с точностью до 1° совпадает с осью вращения планеты

В 1,3 раза слабее Земли

У Урана почти такое же сильное магнитное поле , как у Земли. На уровне облаков напряженность магнитного поля равна 0,23 Гс. (в 1,34 раза слабее Земли)

Магнитная ось планеты отклонена на 60° от оси вращения

Примерно как у Земли

Ось магнитного поля Нептуна наклонена на 47° к оси вращения планеты, и смещена от центра планеты на расстояние в 0,55 радиуса планеты. В результате, напряженность магнитного поля сильно варьирует по поверхности планеты — от 0,1 гаусс в северном полушарии до 1 гаусс в южном.

Магнитосфера — область пространства вокруг небесного тела, в которой поведение окружающей тело плазмы определяется магнитным полем этого тела.

Альтернативное определение: Магнитосфера — область пространства вокруг планеты или другого намагниченного небесного тела, которая образуется, когда поток заряженных частиц, например, солнечного ветра, отклоняется от своей первоначальной траектории под воздействием внутреннего магнитного поля этого тела.

Форма и размеры магнитосферы определяются силой внутреннего магнитного поля этого небесного тела и давлением окружающей плазмы (солнечного ветра). Все планеты, имеющие собственное магнитное поле, обладают магнитосферой: Земля, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Меркурий и Марс обладают очень слабыми магнитосферами, а также Ганимед, один из спутников Юпитера (но его магнитосфера целиком находится в пределах магнитосферы Юпитера, что приводит к их сложным внутренним взаимодействиям). Ионосферы слабо намагниченных планет, как например Венера, частично отклоняют поток солнечного ветра, но они не имеют магнитосферы как таковой.

Термин магнитосфера также используется для описания регионов, где доминирует магнитное поле других небесных тел, например звёзд, пульсаров и пр.

Границы магнитосферы

$\! r_A$

Граница магнитосферы (магнитопауза) определяется условием равенства давлений магнитного поля и набегающей плазмы, то есть радиус магнитосферы (альфвеновский радиус ) определяется соотношением

$<1 \over <8\pi ></p> <p>>B^2 (r_A ) = \rho V^2 (r_A )$
,

где — магнитное поле небесного тела, и — соответственно плотность и скорость потока набегающей плазмы.

Магнитосферы планет

В случае набегающего потока плазмы, например, в случае взаимодействия собственного магнитного поля планеты с солнечным ветром, магнитосфера представляет полость достаточно сложной формы, обтекаемую солнечным ветром.

Часть плазмы, проникшей в магнитосферу, образует радиационный пояс планеты и плазменный слой.

В Солнечной системе, помимо Земли, магнитосфера имеется у большинства планет.

Магнитосфера Земли

Магнитосфера Земли имеет сложную форму. Со стороны, обращенной к Солнцу, расстояние до её границы варьируется в зависимости от интенсивности солнечного ветра и составляет около 70000 км (10-12 радиусов Земли Re, где Re = 6371 км, (расстояние считается от центра Земли). Граница магнитосферы, или магнитопауза, со стороны Солнца по форме напоминает снаряд и по приблизительным оценкам находится на расстоянии около 15 Re. С ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается длинным цилиндрическим хвостом (магнитный хвост), радиус которого составляет около 20-25 Re. Хвост вытягивается на значительное расстояние — намного большее, чем 200 Re, и где он заканчивается — неизвестно.

С наличием магнитосферы связаны многие проявления Космической погоды, такие как геомагнитная активность, геомагнитная буря и суббуря.

Магнитосфера обеспечивает защиту, без которой жизнь на Земле была бы невозможна. Марс, магнитное поле которого очень мало, как полагают, потерял значительную часть своих бывших океанов и атмосферы за счёт воздействия солнечного ветра. По той же причине, как полагают, Венера потеряла большую часть своих вод — за счёт уноса солнечным ветром в космос.

Общие сведения

Форму, структуру и размеры магнитосферы Земли определяют два главных фактора:

Магнитное поле Земли — в первом приближении может быть аппроксимировано полем магнитного стержня, магнитного диполя, наклоненного примерно на 11° по отношению к оси вращения Земли, хотя существуют и гармоники более высокого порядка, как впервые указал Карл Фридрих Гаусс. Величина дипольного поля Земли 0,3—0,6 Гаусса на земной поверхности, и эта величина убывает пропорционально кубу расстояния, то есть на расстоянии H от поверхности Земли она составляет только 1/(R+H)³ от магнитного поля на поверхности. Так, на расстоянии от поверхности, равному радиусу Земли R, напряженность поля уменьшится в 8 раз. Гармоники магнитного поля более высокого порядка убывают ещё быстрее, таким образом, с расстоянием магнитное поле диполя начинает преобладать в магнитосфере Земли.
Солнечный ветер — представляет собой быстрый поток горячей плазмы, уходящей от Солнца во всех направлениях. Типичная скорость солнечного ветра на границе земной магнитосферы 300—800 км/с. Солнечный ветер состоит из протонов, альфа-частиц и электронов, так что в целом он квази-нейтрален. Солнечный ветер пронизан межпланетным магнитным полем, которое представляет собой главным образом магнитное поле Солнца, переносимое плазмой солнечного ветра на дальние расстояния.

Магнитосферы звезд

Наиболее существенно влияние магнитосфер звёзд на процессы аккреции на них. Свободное падение плазмы на звезду останавливается её магнитным полем на расстоянии её альфвеновского радиуса, то есть на границе магнитосферы, аккреция при этом направляется на магнитные полюса звезды.

Читайте также: