Ganymede – Surprinzătorul satelit magnetic
Cel mai mare satelit din sistemul solar este Ganymede (Jupiter). Ganymede a fost unul dintre sateliții examinați de nava spațială Galileo, care a orbitat Jupiter din 1995 până în 2003. Ganymede are o rază cu aproximativ 200 km mai mare decât planeta Mercur. Multe structuri au fost găsite pe suprafața sa, care sunt încă un mister. În timpul misiunii Galileo la Jupiter, s-a descoperit că Ganymede are un câmp magnetic slab. Acest lucru a fost foarte surprinzător pentru oamenii de știință, deoarece în obiecte mici, cum ar fi sateliții, se crede, în general, că orice câmp intrinsec ar fi trebuit să înceteze să existe.
Oamenii de știință se bazează pe teoria dinamului pentru a explica modul în care câmpurile magnetice planetare sunt menținute timp de miliarde de ani. Dar teoria dinamurilor magnetice are probleme tehnice, mai ales la un satelit precum Ganymede. Întrebarea despre modul în care Ganymede ar putea încă să aibă un câmp magnetic a fost dezbătută într-o lucrare recentă din revista Icarus de cercetătorii Bland, Showman și Tobie.[1]
În studiul lui Bland și colab., au fost modelate diferite scenarii cu privire la modul în care un dinam magnetic l-ar putea explica pe Ganymede. Un dinam necesită existența unui miez lichid din material conductor, cum ar fi fierul, și trebuie să susțină curenții de convecție. Dacă există un curent electric într-un miez format dintr-un lichid conductor în mișcare, acesta poate genera un câmp magnetic. Problema principală într-un corp mic, cum ar fi Ganymede, este nucleul mic. O sferă mică se răcește mai repede decât o sferă mare, astfel un satelit tinde să se răcească rapid în timp. Fluxul de căldură din nucleul lui Ganymede nu ar trebui să fie suficient pentru a menține convecția care funcționează în nucleu timp de peste patru miliarde de ani.
Rata de rotație a corpului afectează, de asemenea, capacitatea acestuia de a susține un dinam. Ganymede se află într-o rotație sincronă în jurul lui Jupiter cu perioada orbitală și perioada de rotație de aproximativ 7,2 zile pământești. Aceasta este o rată de rotație relativ lentă pentru un satelit, ceea ce reprezintă o altă dificultate pentru un dinam în Ganymede. Bland și colab. s-au uitat la diferite modele propuse care ar menține nucleul lui Ganymede suficient de fierbinte și ar păstra proprietățile potrivite pentru a-i permite dinamului să funcționeze și astăzi. Fiecare abordare părea să întâmpine probleme semnificative. Nu a fost luată în considerare posibilitatea ca satelitul să aibă doar aproximativ 6000 de ani.
O altă abordare examinată în studiul lui Bland și colab. a fost ceea ce se numește convecție compozițională, care este un mecanism diferit pentru a explica modul în care ar putea funcționa un dinam. În convecția compozițională, fierul și, eventual, alte metale, s-ar răci și s-ar condensa sub formă solidă în partea de sus a miezului și apoi s-ar scufunda în centru.
În acest proces, materiale mai ușoare, precum sulful, ar fi scoase din miez. Astfel are loc o împărțire a materialelor și, atunci când metalele se condensează, se eliberează căldură latentă, care este considerată de unii că poate conduce la convecție. Această idee suferă de problema semnificativă că are loc în partea inferioară a mantalei, care este mult mai rece decât nucleul. Acest lucru înseamnă că, căldura generată de proces ar fi absorbită de manta și deci este îndoielnic că acest proces ar putea susține un dinam timp de miliarde de ani.
Ganymede se află în rezonanță orbitală în trei direcții cu Io și Europa. Io, Europa, Ganymede și Callisto sunt cei patru așa-numite sateliți galileeni. Io este mult mai aproape de Jupiter decât Ganymede și, prin urmare, încălzirea datorată forțelor mareice este foarte semnificativă.[2] Io și Europa experimentează, de asemenea, unele efecte electrice ca urmare a câmpului magnetic foarte puternic al lui Jupiter. Unii cercetători încearcă să susțină că Jupiter a indus un câmp magnetic în Ganymede, iar acesta din urmă nu are un câmp intrinsec propriu. Cu toate acestea, la distanța la care se află Ganymede pe orbita sa, câmpul intrinsec al său este mai puternic decât cel al lui Jupiter.
Astfel, nu este probabil ca Jupiter să fi indus câmpul lui Ganymede. Studiul realizat de Bland și colab. a examinat, de asemenea, scenarii în care orbitele lui Ganymede și ale sateliților învecinați s-au schimbat în timp, astfel încât în trecut alte aranjamente orbitale ar fi cauzat ca încălzirea datorată forțelor mareice să fie mai semnificativă decât în prezent. S-a sperat că acest lucru va genera suficientă căldură în interiorul lui Ganymede pentru a permite un dinam. Aceste scenarii sunt ad hoc și nu au nicio bază în observațiile reale ale orbitelor sateliților galileeni. Chiar și în astfel de scenarii, un dinam în Ganymede ar înceta să funcționeze cu mult timp în trecut. Mai degrabă, rezonanța orbitală care există astăzi, inclusiv Io, Europa și Ganymede, este probabil proiectată la Creație.2
În modelul propus de creaționistul dr. Russell Humphreys, Dumnezeu a creat câmpuri magnetice planetare prin alinierea inițială a momentelor magnetice (spini) ale protonilor din moleculele de apă.[3] Miezul obiectelor precum Pământul și chiar sateliții ar fi fost creat inițial ca apă, cu momentele magnetice ale atomilor de hidrogen aliniate. Apoi, o parte din apă a fost mutată în mod miraculos în alte elemente. În acest fel, miezurile planetelor s-au format, compuse din fier și sulfură de fier, așa cum sunt astăzi.
Alinierea inițială a momentelor magnetice a creat un câmp inițial puternic. Momentele magnetice ale atomilor au fost aleatorizate după ce au fost creați. Dar, în timp ce acestea au devenit aleatoare, exista un curent electric puternic indus care generează câmpul pe care îl măsurăm astăzi. Acest curent electric din miezuri a suferit o scădere exponențială până în prezent. Modelul lui Humphreys a avut mare succes în explicarea câmpurilor magnetice ale Pământului,[4] Lunii3,[5] și altor planete din sistemul nostru solar,[6] precum cel recent confirmat al lui Mercur.[7] Humphreys a aplicat recent ideea dincolo de sistemul nostru solar, la stele și galaxii.[8]
Modelul câmpurilor magnetice planetare al lui Humphrey este unul versatil, care funcționează bine pentru o mare varietate de tipuri de corpuri. Teoria dinamului câmpul depinde de factori precum viteza de rotație, dimensiunea miezului lichid (dacă există un miez) și cât de multă căldură este prezentă pentru a conduce convecția în miez.
În modelul lui Humphreys, câmpul magnetic nu trebuie să se alinieze cu axa de rotație a corpului (dacă miezul este solid) și miezul nu trebuie să fie suficient de fierbinte pentru a fi lichid. Acestea ar putea fi posibilități pentru diverși sateliți din sistemul solar. Astfel, abordarea lui Humphreys poate explica o gamă largă de cazuri, de la Jupiter (foarte mare și cu o rotație rapidă) până la sateliți. În Ganymede, miezul este deosebit de mic, cu o rază de doar 700 km. Sursele de căldură posibile sunt dezintegrarea radioactivă și încălzirea prin forțele mareice. Dezintegrarea radioactivă nu ar furniza o căldură semnificativă în prezent dacă satelitul are 4,5 miliarde de ani, dar ar fi putut furniza căldură în trecut.
Încălzirea datorată forțelor mareice a fost examinată în studiul recent și s-a constatat că nu este semnificativă din cauza distanței lui Ganymede față de Jupiter. Astfel, din perspectiva vârstei îndelungate, cercetătorii nu au găsit nicio explicație pentru modul în care nucleul lui Ganymede ar putea fi încă suficient de fierbinte pentru a putea susține convecția dinamului. Într-o perspectivă de vârstă tânără, bazată pe modelul lui Humphrey, câmpul magnetic ar putea scădea exponențial în continuare și nu necesită convecția fluidului în miez. Magnitudinea câmpului magnetic al lui Ganymede la ecuatorul a scăzut până la valoarea actuală măsurată de aproximativ 750 nanotesla (nT). Prin abordarea lui Humphrey, Mercur și Luna noastră prezintă o scădere relativ rapidă a câmpurilor magnetice, care susține o vârstă tânără. Câmpul lui Ganymede este probabil similar.
Există o altă structură interesantă în Ganymede care ar putea afecta câmpul său magnetic. Oamenii de știință suspectează că Ganymede are un strat de apă sărată lichidă la o anumită adâncime sub scoarță.[9] Acest lucru a fost propus pentru a explica unele dintre formațiunile de suprafață interesante de pe Ganymede. Cu toate acestea, un strat de apă sărată este un potențial conductor electric. Așadar, oamenii de știință s-au gândit dacă stratul de apă ar putea contribui la câmpul magnetic al lui Ganymede.
Dacă ar exista un curent electric într-o soluție apoasă, acesta nu ar produce un dinam, deoarece ar fi necesară o mișcare foarte rapidă a fluidului. Un dinam rezultat din convecția apei nu ar fi probabil stabil, dacă nu chiar imposibil. Cu toate acestea, este posibil ca un strat de apă să poată cauza unele variații minore în câmpul magnetic al lui Ganymede. Într-o abordare de vârstă tânără, cum ar fi cea de la Russ Humphreys, dificultățile teoriei dinamului sunt evitate, iar Ganymede se încadrează într-o viziune biblică asupra istoriei.
Autor: Wayne Spencer
Sursa: Creation.com | Ganymede: the surprisingly magnetic moon
Traducător: Cristian Monea
[1] Bland, M.T., Showman, A.P. și Tobie, G., The production of Ganymede’s magnetic field, Icarus 198:384–399, 2008.
[2] Spencer, W.R., Tidal Dissipation and the Age of Io, Proceedings of the Fifth International Conference on Creationism, Creation Science Fellowship of Pittsburgh, PA, p. 585–595, 2003.
[3] Humphreys, D.R., The creation of planetary magnetic fields, Creation Research Society Quarterly 21:3, Decembrie 1984.
[4] Humphreys, D.R., Physical mechanism for reversals of the earth’s magnetic field during the Flood, Proceedings of the Second International Conference on Creationism, Creation Science Fellowship of Pittsburgh, PA, p. 129–142, 1990.
[5] Spencer, W.R., Our solar system: balancing biblical and scientific considerations, Proceedings of the Sixth International Conference on Creationism, Creation Science Fellowship of Pittsburgh, PA, and the Institute for Creation Research, p. 293–306, 2008.
[6] Humphreys, D.R., Good news from Neptune: the Voyager 2 magnetic measurements, Creation Research Society Quarterly 27(1), Iunie 1990.
[7] Humphreys, D.R., Mercury’s magnetic field is young, Journal of Creation 22(3):8–9, 2008.
[8] Humphreys, D.R., The creation of cosmic magnetic fields, Proceedings of the Sixth International Conference on Creationism, Creation Science Fellowship of Pittsburg, PA, and the Institute for Creation Research, p. 213–230, 2008.
[9] Vedeți comunicatul de presă al NASA din 16 decembrie 2000, Solar System’s Largest Moon Likely Has a Hidden Ocean, <www.jpl.nasa.gov/news/releases/2000/aguganymederoundup.html> sau pentru un articol cu fotografii, vedeți <www.astrobio.net/news/index.php?name=News&file=article&sid=93>.
