Горячие недра планеты — это не то место, где вы ожидаете найти снег, но ученые подозревают, что в ядре Земли есть «железный снег». Теперь новое исследование моделирует эту динамику в лаборатории и обнаруживает, что железный снег может вызывать включение и выключение магнитных полей некоторых планет.

Тысячи километров горных пород отделяют нас от ядра Земли, что затрудняет по-настоящему понять, что происходит под ней. Чтобы выяснить это, ученые изучили, как сейсмические волны движутся через разные пласты. Изменения скорости сейсмических волн позволяют понять, из чего состоят различные пласты.

Поперечное сечение Меркурия, внутри которого виден железный снег. Людовик Юге/НАСА/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса/Институт Карнеги в Вашингтоне

Эти исследования выявили некоторые аномалии на границе между внутренним и внешним ядрами. В 2019 году группа ученых предложила объяснение этим странным наблюдениям: железо могло кристаллизоваться вблизи границы мантии, а затем оседать, как снег, в ядре.

В новом исследовании французские ученые провели лабораторный эксперимент, имитирующий физику формирования и движения железного снега, чтобы понять, что может происходить внутри планеты. В эксперименте обычный «железный снег» заменили банкой с водой, охлаждаемой снизу вверх, и добавили на дно слой соленой воды, чтобы предотвратить прилипание кристаллов льда.

Команда обнаружила, что по мере того, как нижняя вода охлаждалась, образовывались кристаллы льда, которые затем всплывали вверх и таяли, достигая более теплых вод над резервуаром. Поток воды, вызванный этим процессом, в конечном итоге нагревает нижележащую воду, временно предотвращая образование новых кристаллов льда. Это замедлило течение, позволив воде на дне остыть, и вскоре образовались новые кристаллы, и процесс начался снова. Весь цикл длился примерно 23,3 минуты.

По словам команды, подобные циклы могут происходить внутри планет, но в гораздо большем масштабе. Это активизирует внутренний поток жидкости расплавленного железа и будет иметь интригующий побочный эффект — сила магнитного поля планеты будет колебаться настолько сильно, что оно будет появляться и исчезать через определенные промежутки времени.

Очевидно, этого не произойдет на Земле, имеющей сильное магнитное поле, но это может произойти на объектах с более слабыми магнитными полями, таких как Меркурий или спутник Юпитера Ганимед. Есть еще вопросы, на которые нужно ответить, но, тем не менее, это интригующая идея.

Исследование было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.