В чем заключаются особенности магнитных полей урана и нептуна кратко
Обновлено: 05.07.2024
В чём заключаются особенности магнитных полей Урана и Нептуна?
Решение №1
Решение №2
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Класс: 9 Предмет: физика Год: 2014 Задание: №7
Популярное
Категории
Комменатрии
Календарь
Оцените работу движка
О сайте
Публикуем различные мнения, статьи и видеоматериалы. Посетителям нашего сайта предоставляем возможность общения на портале – вы можете комментировать публикации и добавлять свои.
Пролет “Вояджера-2” вблизи Урана в 1986 г. и Нептуна в 1989 г. принес неожиданную информацию о строении магнитных полей этих планет. У Земли, Сатурна и Юпитера магнитные поля имеют два четко выраженных полюса, расположенных приблизительно на оси вращения планеты. У магнитных полей Урана и Нептуна строгой дипольной структуры нет, а линия основных полюсов сильно наклонена к оси вращения, на Уране примерно на 59°, а на Нептуне - на 47°. Для объяснения этого явления предлагалось несколько механизмов, но ни один не получил всеобщего признания. Однако новое численное моделирование динамо-эффекта, генерирующего магнитные поля, показывает, что морфология поля может быть следствием своеобразной внутренней структуры этих планет (Aurnou J. // Nature. 2004. V.428. P.134-135). Тонкая электропроводящая оболочка, окружающая большое твердое ядро планеты с низкой проводимостью, создает динамо-эффект, способный генерировать наблюдаемые поля. Хотя полеты к Урану и Нептуну пока не запланированы, новые модели отчасти можно проверить по данным о структуре магнитных полей других планет
На фото - НЕПТУН.
Численная модель, представленная планетологами Гарвардского университета (Stanley S., Bloxham J. // Nature.
2004. V.428. P.151-153), показала, что, изменяя параметры внутренней структуры планеты, можно “создать” магнитное поле, подобное полям Урана и Нептуна. Все модели, демонстрирующие генерацию магнитных полей планет, состоят из одних и тех же компонентов: они содержат зону электропроводящей жидкости и источник энергии, обеспечивающий ее движение. Например, модель поля Земли учитывает богатую железом жидкую внешнюю часть ядра (электропроводящая жидкость) и охлаждение планеты (или радиоактивное нагревание), стимулирующее конвективные потоки в недрах. Другой необходимый элемент - вращение планеты, организующее движение жидкости: упорядоченное ее перемещение может породить крупномасштабное магнитное поле, а хаотическое его разрушает. И только когда эти условия соблюдены - в модели или в самой планете, - движущаяся электропроводящая жидкость превращается в динамо-машину, генерирующую магнитное поле.
Для планет земного типа конвективные движения обычно моделируются в толстой вращающейся оболочке, состоящей из жидкого проводника. Эта оболочка окружает относительно небольшое, твердое, электропроводящее внутреннее ядро. В результате получается дипольное магнитное поле, как у магнитного стержня, вытянутого вдоль оси вращения планеты. Подобная ситуация и у гигантов - Юпитера и Сатурна. У них маленькое твердое ядро окружено толстым конвективным слоем металлического водорода (под большим давлением водород диссоциирует на свободные протоны и электроны, поэтому его и называют металлическим).
Но такие модели не могут описать всех особенностей магнитных полей Урана и Нептуна, которые, по данным “Вояджера-2”, квадрупольны (т.е. похожи на комбинацию двух магнитных стержней - с двумя северными и двумя южными полюсами), а кроме того, как уже отмечалось, главная ось полей заметно отклоняется по направлению от оси вращения. Стенли и Блоксем построили численную модель, воспроизводящую эти особенности. Они предположили, что вместо толстой конвективной оболочки и твердого ядра на Уране и Нептуне имеется тонкий внешний конвективный слой ионизованной жидкости, окружающий внутренний жидкий ионизованный “океан”, где конвективное движение отсутствует. Детальные расчеты показывали, что при наблюдаемых низких тепловых потоках из недр этих планет конвективные движения могут возникать только в тонких приповерхностных слоях Урана и Нептуна, толщина которых составляет 20-25% радиуса планеты. Оказалось, что относительно простые изменения в структуре конвективной области могут привести к существенным изменениям геометрии магнитного поля, генерируемого динамо-эффектом. Причина таких изменений остается не до конца понятной. Не выяснено также, насколько устойчиво поведение этих сложных магнитных полей, поскольку пока были рассчитаны модели в сравнительно узком диапазоне параметров
Уран с Мирандой и Ариэлем.
К сожалению, в ближайшие годы не запланированы экспедиции к Урану и Нептуну, а значит, не представится возможности уточнить структуру их магнитных полей. Остается надеяться, что работа космических зондов “Кассини” вблизи Сатурна и “Мессенджера” вблизи Меркурия позволит проверить, насколько верна модель Стенли и Блоксема. Но важно уже то, что она демонстрирует способность базового процесса - конвекции во вращающейся сферической оболочке с электропроводящей жидкостью - объяснять основные структуры магнитных полей всех планет в Солнечной системе.
По материалам журнала "Природа" (автор статьи - Сурдин В.Г., кандидат физико-математических наук, Москва
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Еще в 1980-х годах космический корабль NASA Voyager 2 прибыл для изучения планет Уран и Нептун.
Он обнаружил, что оба ледяных гиганта имели необычные магнитные поля. Они по необъяснимой причине были смещены относительно оси, вокруг которой они вращаются. Одним из предположений стало то, что вода благодаря своим свойствам может предложить решение этой загадки. Новое исследование попробовало разгадать тайну магнитного поля планет Урана и Нептуна.
Магнитные поля двух планет смещены относительно их центра и сильно наклонены. По мнению ученых, металлическая жидкость, называемая тригидрооксидом (H3O), образуется, когда вода и водород встречаются в экстремальных условиях внутри планет, может быть основной причиной этого явления.
Уран и Нептун отличаются тем, что они, предположительно, содержат твердое ядро, окруженное слоем жидкого металла. После проведения расчетов, исследование обнаружило, что вместо жидкого металла может быть слой оксида триводорода. При температуре 3000 К оксид тригидра начинает плавиться.
Необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы доказать расчеты исследователей. Тем более, что методы для создания давлений и температур, необходимых для образования твердого H3O, уже существуют.
Уран - это седьмая планета от Солнца, которая относится к классу газовых гигантов. Уран показан вверху на снимке, сделанном космическим телескопом Hubble с использованием инфракрасных фильтров (здесь видны полосы в атмосфере Урана, его тонкие кольца и несколько его спутников). Ось вращения Урана почти перпендикулярна плоскости его орбиты, и поэтому он как бы катится по своей орбите, лежа на боку.
Первые подробные снимки Урана сделал в 1986 г. американский исследовательский зонд Voyager 2. Кроме того, с помощью аппаратуры этого зонда удалось определить, что магнитное поле Урана совсем непохоже на магнитные поля Земли, Юпитера или Сатурна. Магнитные поля упомянутых планет по своей структуре похожи на магнитное поле стержневого магнита, у них северные и южные полюса располагаются примерно вдоль оси вращения планеты.
Потом Voyager 2 пролетел мимо Нептуна (восьмой планеты от Солнца) и выяснилось, что с его магнитным полем дела тоже неладны. Оказалось, что магнитные поля Урана и Нептуна образованы как бы двумя стержневыми магнитами. То есть у них два южных и два серверных полюса.
Объяснение этому факту дано в новой теории, опубликованной на этой неделе в журнале Nature. Ее авторами являются научные сотрудники Гарвардского университета Джереми Блоксхэм (Jeremy Bloxham) и Сабин Стэнли (Sabine Stanley). Они считают, что внутреннее строение Урана и Нептуна совсем не такое, каким его считали раньше.
Магнитные поля планет образуются как в динамо-машине: под поверхностью планеты существует электропроводная жидкость, которая приводится в движение неким внутренним источником энергии. Например, у Земли есть внутреннее твердое ядро, которое омывается слоем расплавленного металла, и эта токопроводящая жидкость перемещается под действием вращения Земли вокруг собственной оси и конвекционных токов, переносящих тепло от ядра к поверхности. В газовых гигантах Юпитере и Сатурне, в отличие от твердой Земли, магнитное поле, как предполагается, образуется при движении толстого подповерхностного слоя водорода, который сжат мощным гравитационным полем до такого состояния, что представляет собой электропроводный "суп" из протонов и электронов.
По мнению Блоксхэма и Стенли, внутри Урана и Нептуна слой токопроводящей металлической жидкости, совершающей конвекционное движение, очень тонкий. Поэтому генерируемое ею магнитное поле располагается лишь в тонкой оболочке, расположенной непосредственно под поверхностным слоем газообразного водорода. Из-за такой структуры магнитное поле ведет себя неустойчиво. Оно может легко отклоняться от оси вращения планеты и "раздваиваться", в результате чего образуются парные магнитные полюса. Составленная авторами компьютерная модель внутреннего строения Урана и Нептуна дает ту же странную картину магнитных полей этих планет, зафиксированную зондом Voyager 2.
Правда, строгое подтверждение правильности данной теории можно будет получить лишь после более тщательных экспериментальных исследований магнитных полей Урана и Нептуна. Но пока никаких научных аппаратов к этим планетам отправлять не планируется.
Читайте также: