Jovian Moon Ganymede는 내부적으로 생성 된 오늘날의 자기장을 보유하고 있습니다. 이 발견은 1996 년 갈릴레오 임무에서 가장 예상치 못한 결과 중 하나였습니다. 가니메데는 얼음 달입니다. 즉, 물은 총 질량의 46-48%를 차지합니다. 두꺼운 얼음 껍질 (900km)은 바위가 많은 맨틀이있는 Ganymede의 가장 바깥 쪽 층을 형성합니다. 가장 안쪽 부분은 아마도 금속 코어 일 것입니다.
과학자들은 Ganymede의 자기장의 기원에 대한 다른 설명을 생각해 냈지만 가장 가능성이 높은 소스 영역은 금속 코어입니다. 20 세기 중반부터, 액체 금속의 복잡한 유체 운동은 행성 코어에서 자체 유지 된 다이나모를 유발할 수있는 것으로 알려져있다. 이러한 자기 유도 역학적 다이나모는 전자기 유도의 원리에 기초하여 운동 에너지를 자기 에너지로 전환시킨다. 결과적으로, 작은 자기장 섭동이 증폭되고 유한 진폭의 자기장으로 이어지고 결국 우주 임무에 의해 측정됩니다.
그러나 금속 코어가있는 모든 행성이나 달이 다이나모를 나타내는 것은 아닙니다. 일반적인 관찰은 화성, 달, 및 특정 소행성과 같은 지구보다 작은 지상체는 고대 자기장의 징후만을 나타내지 만 오늘날 자기 활동이 부족하다는 것입니다. 이와 관련하여 Ganymede의 오늘날 자기장은 놀랍습니다.
코어 다이너 모의 중요한 전제 조건 중 하나는 전기 전도체 액체 (운동 에너지)의 운동입니다. 금속 코어에서 운동 에너지를 생성 할 가능성이 가장 높은 원인은 열 화학 대류를 통한 것입니다. 열 화학 대류는 유체 운동에 대한 두 가지 주행 메커니즘을 의미합니다. 온도 차이 (예 :스토브의 냄비에 끓는 물) 또는 조성 차이 (예 :커피의 우유가 가라 앉는)로 인한 조성 대류로 인한 열 대류. 열로 구동 된 다이나모는 일반적으로 초기 진화 (4000-4500 Myr) 동안 발생할 수 있지만, 특히 가니메데와 같은 작은 행성 신체에 대해 현재까지 유지하기가 훨씬 어렵습니다. 이것은 Ganymede의 오늘날의 다이너 모를 설명하기 위해 구성 대류의 중요성을 강조합니다.
행성 코어에서의 조성 대류는 종종 코어 분화와 관련이있다. 핵심에 빛 요소의 존재는 구성 대류에 중요합니다. 지구의 핵심에 대한 지진 학적 관찰은 주로 철 또는 니켈, 예를 들어 황, 산소, 수소 또는 실리콘과 같은 일부 가벼운 합금 요소로 구성되어 있음을 보여 주었다. 이러한 모든 요소는 태양계에 풍부하므로 다른 행성체의 금속 코어에도 존재하는 것으로 가정합니다. 코어의 정확한 조성은 알려져 있지 않지만 가장 연구 된 조성물은 철과 황 (Fe-fes)의 혼합물입니다.
가니메데의 핵심 의 하향식 동결
내부 고형 철 코어를 형성하여 지구의 핵심이 바닥에서 상단으로 얼어 붙는 반면, 저압 FE-FES 합금에 대한 실험적인 연구는 핵심 동결이 Ganymede와 같은 작은 행성 몸체에서 매우 다르게 진행될 수 있음을 시사합니다. 그 작은 몸의 코어는 상단에서 아래로 얼어 붙을 것입니다. DLR (Rückiemen, Breuer 및 Spohn)의 연구자들의 최근 연구에 따르면 하향식 동결로 구동되는 다이너 모가 Ganymede의 현재 자기장을 설명 할 수 있는지 조사합니다.
두 가지 다른 하향식 냉동 시나리오는 핵심의 유황의 양에 따라 구상 될 수 있습니다. 코어가 철분이 풍부한 경우, 고체 철은 코어 상단에서 자유 결정으로 형성 될 수 있습니다 ( fe snow 정권). 철 결정이 형성되는 지역을 스노우 존이라고합니다. 무거운 철 결정은 조건이 제거 될 때까지 눈 영역을 통해 가라 앉습니다. 철의 용융은 스노우 존의 바닥을 정의합니다. 리멜트 무거운 철 결정은 스노우 존 아래의 더 깊은 코어에서 조성 대류를 트리거합니다.
코어의 지속적인 냉각으로, 눈 구역은 더 깊고 액체 코어를 희생시키면서 자랍니다. 결국 내부의 고체 코어는 중앙에 철 결정의 축적에 의해 형성됩니다. FE 눈 제도의 특이성은 작곡 대류가 눈 구역이 전체 코어에서 자라야하는 한 지속된다는 것입니다. 이는 Dynamo의 최대 수명이 스노우 존의 성장에 의해 제한됨을 의미합니다. 코어가 황이 풍부한 고체 황화물 (FES) 인 경우, 위에있는 암석 맨틀에 부착 된 코어 상단에 고체 층을 생성합니다 ( FES 층 정권).
이 층의 형성은 고체-액체 계면에서 무거운 액체 철을 방출하여 결국 더 깊은 코어에서 조성 대류로 이어진다. 관련 다이나모는 충분한 에너지가 이용 가능하다는 점을 감안할 때 전체 코어가 고체 될 때까지 이론적으로 작동 할 수 있습니다. 즉, 조성 대류는 충분히 활발합니다. 결과적으로, FES 층 정권의 다이나모는 FE 눈 제도의 다이나모만큼 제 시간에 제한되지 않습니다.
Dynamo의 타이밍
저자는 Ganymede의 맨틀과 핵심의 결합 된 1 차원 열 화학적 진화 모델을 개발하여 다이너 모의 타이밍을 연구했습니다. 이 모델을 기반으로, 저자는 시간의 함수로 Dynamo가 이용할 수있는 전력을 계산할 수 있습니다. 그런 다음이 전력은 Fe Snow 또는 FES 층 정권에서 생성 된 자기장이 오늘날 존재할 수 있는지에 대한 질문에 대답하기 위해 자기장 스케일링 법칙에 대한 입력으로 사용됩니다. 열 진화 모델은 일반적으로 초기 조건뿐만 아니라 많은 재료 매개 변수가 알려지지 않기 때문에 일반적으로 허용 가능한 입력 매개 변수를 허용합니다. 따라서 저자는 많은 수의 Monte Carlo 시뮬레이션을 사용합니다. 여기서 각 시뮬레이션은 이러한 매개 변수의 의사로드 돔 조합입니다. 오늘날의 자기장을 설명하면 시뮬레이션을 "성공적"이라고합니다.
이 연구의 주요 발견은 FE Snow와 FES 층 정권이 Ganymede의 현재 자기장을 설명 할 수 있다는 것입니다. 성공적인 Fe Snow 및 FES 층 모델은 4-19 wt% (질량에 의한 백분율)와 26-36 중량% 사이의 황 농도를 갖는다. 모든 성공적인 모델은 초기 코어 황 농도와 암석 맨틀의 기준 점도 사이의 상관 관계를 보여줍니다. 후자는 맨틀 대류의 효율성, 따라서 코어 냉각 정도를 제어한다. 기준 점도가 낮을수록 더 효율적인 맨틀 대류 및 그 반대도 마찬가지입니다.
다이너 모의 수명은 두 개의 동결 시나리오 사이의 가장 중요한 차이입니다. FES 층 정권의 다이너 모은 오랜 기간 (수천만 년) 동안 활동할 수 있지만 FE 눈 제도에서는 놀랍게도 짧은 수명 (1 천만 년 미만)입니다. 후자는 스노우 존의 빠른 성장과 다이나모의 관련 중단에 빚을지고있다. 자기장의 존재가 표면에 영향을 미쳤다면, 다이너 모의 나이를 결정하고 두 개의 하향식 동결 체제를 구별하는 것이 가능할 수 있습니다.
이 연구는 지구와 같은 상향식 코어 결정화와 근본적으로 다른 대안적인 코어 동결 메커니즘을 탐색하는 중요한 단계입니다. 결과는 하향식 동결이 금속 코어를 가진 작은 행성 몸체에 중요하다는 것을 보여줍니다. 마지막으로, Ganymede의 수수께끼의 자기장에 대한 실행 가능한 설명을 제공합니다.
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이러한 결과는 FE-FES 코어의 하향식 동결 및 Ganymede의 현재 자기장이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며 최근 Icarus 저널에 발표되었습니다. 이 작업은 Tina Rückiemen과 Tilman Spohn이 행성 연구소, DLR 및 Münster 대학교의 Tilman Spohn에 의해 수행되었으며, Dlr.
