Учёные показали, как магматические океаны создавали магнитное поле Земли и суперземель

Одной из причин, по которой Земля пригодна для жизни, является её защита от излучения Солнца и космоса. Солнечный ветер мог бы разрушить атмосферу, а космические лучи — высокоэнергетические частицы, повреждающие живые ткани — отражаются магнитным щитом планеты.

Магнитное поле Земли формируется конвекционными потоками в жидком внешнем ядре, богатом железом и никелем. Новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy, показало, что у некоторых экзопланет — суперземель — магнитное поле может формироваться не только ядром, но и глубоким магматическим океаном. Суперземли — наиболее распространённый тип экзопланет, и способность магмы генерировать динамо-эффект увеличивает шансы на их обитаемость.

Во время формирования планет столкновения породили магматические океаны. При кристаллизации часть магмы обогащалась железом и мигрировала к границе ядра и мантии, формируя богатый железом базальный магматический океан (БМО). Если содержание железа высокое, БМО может создавать динамо-эффект, аналогичный эффекту внешнего ядра.

Современная магнитосфера Земли формируется ядром, но раннее магнитное поле возникало задолго до появления твердого внутреннего ядра — более 3,4 миллиарда лет назад. Учёные предполагают, что тогда защиту обеспечивали именно базальные магматические океаны.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи провели эксперименты с ферропериклазом, богатым железом, имитируя давление и температуру внутри суперземель массой до 10 масс Земли. Результаты показали, что расплавленная порода в их мантии становится электропроводящей и способна генерировать сильное магнитное поле. Этот динамо-эффект может сохраняться миллиарды лет и быть сильнее, чем у Земли, что повышает потенциальную обитаемость планет.

Таким образом, динамо в магматических океанах объясняет не только раннее магнитное поле Земли, но и возможную защиту поверхностей суперземель. Магнитное поле важно для сохранения атмосферы и защиты жизни от радиации.

Обнаружение магнитных полей экзопланет остаётся сложной задачей. В 2021 году телескоп «Хаббл» возможно впервые зафиксировал магнитосферу экзопланеты Kepler-3b, но результаты остаются неоднозначными. В будущем мощные радиотелескопы, включая лунные проекты вроде FarView или FARSIDE, помогут исследовать поля на больших расстояниях.

Накадзима и его коллеги отмечают, что междисциплинарная работа сочетает вычислительные методы и эксперименты, и будущие наблюдения за магнитными полями суперземель помогут проверить их гипотезу.

Читайте также: