Магнитное поле Земли служит щитом от космической радиации и делает возможным существование жизни. В отличие от нашей планеты, Марс лишен такой защиты и подвергается постоянной бомбардировке заряженными частицами. Согласно теории динамо, земной магнетизм возникает благодаря конвекционным потокам в жидком железно-никелевом внешнем ядре. При вращении планеты эти потоки закручиваются по спирали, движение жидкого металла порождает электрические токи, а те создают магнитные поля.
Магнитное поле защищало жизнь миллиарды лет, когда ядро Земли еще было жидким
Геофизики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Южного университета науки и технологии в Шэньчжэне, Китай создали компьютерную модель, которая впервые объяснила, как работало магнитное поле Земли до затвердевания внутреннего ядра планеты.
Магнитное поле защищало Землю еще в то далекое время, когда внутреннее ядро не затвердело. https://www.skyatnightmagazine.com/
Теория динамо описывает существование магнитных полей космических тел, как самоподдерживающийся процесс. Медленное охлаждение жидкого ядра Земли создает конвекционные потоки — горячий металл поднимается вверх, холодный опускается вниз. Вращение планеты искривляет эти потоки, превращая их в винтообразные спирали. Движущийся жидкий металл, будучи электропроводником, генерирует электрические токи, которые усиливают существующее магнитное поле. Это поле, в свою очередь, влияет на потоки металла, замыкая цикл. Так возникает самоподдерживающееся динамо.
Как работало древнее динамо
Структура Земли. Жидкое или внешнее ядро, окружает твердое ядро.
Но у этой теории была проблема. Внутреннее ядро начало кристаллизоваться около миллиарда лет назад, а до этого ядро было полностью жидким. Могло ли магнитное поле существовать в тот период?
Исследователи разработали компьютерную модель и провели симуляции на суперкомпьютере Piz Daint в Лугано. Они впервые смогли свести влияние вязкости ядра к пренебрежимо малому значению. «До сих пор никому не удавалось провести такие расчеты в корректных физических условиях», — отмечает ведущий автор исследования Юфэн Линь. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Вид на внутреннюю часть Земли около 1 миллиарда лет назад: запутанные линии магнитного поля внутри ядра связаны с внешним магнитным полем Земли. (Научно корректное изображение из исследовательской симуляции).
Моделирование показало, что магнитное поле Земли генерировалось в ранней истории планеты так же, как и сегодня. «Это открытие помогает нам лучше понять историю магнитного поля Земли и полезно для интерпретации данных из геологического прошлого», — говорит соавтор работы Энди Джексон. Это означает, что миллиарды лет назад зарождающаяся жизнь уже была защищена магнитным щитом от губительного излучения из космоса.
Новые данные также позволят изучать магнитные поля других небесных тел — Солнца, Юпитера и Сатурна. Магнитное поле тысячи раз меняло полярность за историю Земли, а в последние десятилетия магнитный полюс быстро смещается. Понимание механизмов генерации поля критически важно для современной цивилизации, зависящей от спутниковой связи.