Железный снег в ядре Меркурия: как он создает магнитное поле планеты

Представьте себе обычный снег в атмосфере Земли: кристаллы формируются в холоде, падают и тают в более теплых слоях. Теперь перенесите эту картину в раскаленные недра небольшой планеты. Ученые полагают, что в расплавленном железном ядре происходит нечто похожее! У границы с мантией металл остывает, образуя «снежинки» из кристаллов железа, которые затем тонут в глубь ядра и плавятся. Это движение, эта внутренняя метель, возможно, и рождает магнитные поля у таких тел, как Меркурий или ледяной гигант Ганимед.

Но как проверить гипотезу о космическом снегопаде? Исследователи во главе с Людовиком Юге пошли на гениальную простоту. Они смоделировали процесс в лаборатории, заменив железо... обычной водой. В их эксперименте ледяные кристаллы, формирующиеся в охлажденной снизу воде, вели себя точно как предполагаемый железный снег. И открыли удивительный ритм: циклы активного роста кристаллов сменялись периодами затишья. Перенесите это на планетарное ядро — и получите динамо-машину, которая работает не постоянно, а импульсами. Магнитное поле может включаться и выключаться, словно лампочка с неисправным выключателем.

Сама установка была почти домашней: резервуар с водой, охлаждаемый снизу. Чтобы лед не прилипал ко дну, использовали прослойку соленой воды. Физика процесса захватывает: холодные нижние слои порождают кристаллы, те всплывают, тают в тепле, и этот круговорот создает потоки. Но скрытое тепло, выделяемое при образовании льда, постепенно нагревает нижнюю зону — и снегопад прекращается. Пока всё снова не остынет. Замкнутый, почти дыхательный цикл.

В эксперименте каждый такой «вдох» — всплеск кристаллообразования — занимал около 1400 секунд. Четкий, но призрачный пульс.

Теперь масштабируйте эту модель до размеров планеты. Расплавленное железное ядро может проходить через аналогичные всплески, когда железный снегопад то усиливается, то затихает. Эти внутренние потоки и запускают ту самую динамо-машину, но не вечную, а работающую с перерывами. Получается, магнитное поле таких тел — не константа, а явление прерывистое, мерцающее. Не статичный щит, а живое, пульсирующее покрывало.

Авторы честно признают: вопросов еще много. Насколько нужно переохладить железо, чтобы пошел «снег»? Как движутся мириады этих частиц? И как вся эта круговерть влияет на глобальные течения в ядре? Но уже сейчас ясно одно: наши представления о недрах планет стали куда интереснее. Ведь там, оказывается, может идти снег. Из железа.