میدان‌های مغناطیسی می‌توانند اطلاعاتی در مورد حیات در سیارات دیگر به ما بدهند
هر بچه مدرسه‌ای می‌داند که زمین یک میدان مغناطیسی دارد – این میدان باعث می‌شود قطب‌نما جهات شمال و جنوب را مشخص کند تا بتوانیم در اقیانوس‌ها حرکت کنیم. همچنین از جو و حیات در برابر بادهای قدرتمند خورشید محافظت می‌کند. اما سیارات دیگرِ زمین مانند در کهکشان راه شیری چطور هستند؟ آیا آنها نیز میدان‌های مغناطیسی دارند که از ظهور حیات پشتیبانی می‌کنند؟
یک تحلیل جدید به یک نوع سیاره‌ی فراخورشیدی پرداخت – ابرزمین‌هایی که تا پنج برابر اندازه‌ی سیاره‌ی ما هستند – و نتیجه گرفت که این سیارات نیز احتمالأ دارای یک میدان مغناطیسی هستند، اما میدانی که به شکلی کاملأ جدید تشکیل شده است: بوسیله‌ی اقیانوس‌هایی از ماگمای سیارات.
این کشف حیرت‌آور مبنی بر اینکه سنگ‌هایی که در روی سطح و زیر آن به آهستگی ذوب شده‌اند یک میدان مغناطیسی قوی را ایجاد می‌کنند نشان می‌دهد که در سال‌های اولیه‌ی شکل‌گیری زمین، یعنی وقتی هنوز یک توده سنگ ذوب شده بود، دارای یک میدان مغناطیسی بود که توسط ماگما تولید شده است. این میدان علاوه بر میدان کنونی آن که در هسته‌ی خارجی آهن مایع تشکیل شده وجود داشت.
بورخارد میلیتزر، استاد زمین‌شناسی و علوم سیاره‌ای در دانشگاه برکلی UC گفت: «این یک الگوی جدید از تولید میدان‌های مغناطیسی و زمیناست. میدان مغناطیسی ما بر روی زمین در هسته ی آهن مایع خارجی تولید شده است. بر روی مشتری، این میدان از همرفت هیدروژن فلزی مایع تشکیل می‌شود. بر روی اورانوس و نپتون، این میدان از لایه‌های یخی تشکیل می‌شود. درحال حاضر، سنگ‌های ذوب شده را نیز به این فهرست بلندبالا از موا تشکیل دهنده‌ی میدان مغناطیسی اضافه کردیم».
پیوند بین یک داخل یک سیاره و میدان مغناطیسی آن به ستاره‌شناسان کمک می‌کند تا اطلاعاتی درباره‌ی نحوه‌ی شکل‌گیری و سن سیارات فراخورشیدی که تاکنون از آنها بازدید کرده‌اند بدست آورند.
میلیتزر گفت: «این امر در آینده‌ی دور رخ خواهد داد اما اگر کسی بتواند یک سیاره‌ی فراخورشیدی را مشاهده کند و یک میدان مغناطیسی پیدا کند، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود یک اقیانوس ماگما در آنجا باشد، حتی اگر نتوان آن را مستقیمأ مشاهده کرد».
این نتایج درواقع بر وجود حیات بر روی سیارات دیگر دلالت دارند. وقتی اقیانوس‌های ماگما از بالا خنک می‌شوند، یک سطح قابل سکونت برای زندگی ظاهر می‌شود، درحالیکه گوشته‌ی ذوب شده همچنان تعویض می‌شود. فرانسیس سوبیران، استاد فوق‌دکترای اسبق دانشگاه برکلی UC که در حال حاضر در سوپریور اکول نرمال در لیون در فرانسه است گفت: «یک میدان مغناطیسی به محافظت از جو سیاره در برابر وزش بادهای ستاره‌ای کمک می‌کند. بیشتر ابرزمین‌هایی که اکنون کشف کرده‌ایم بسیار نزدیک به ستارگان میزبانشان هستند و در معرض بادهای ستاره‌ای خیلی قوی قرار دارند. از این رو، احتمال وجود یک میدان مغناطیسی قطعأ مولفه‌ای کلیدی در تکامل سیاره و سکونت‌پذیر بودن آن است».
دینام داخلی زمین:
میدان مغناطیسی امروزی زمین در یک هسته‌ی خارجی از آهن گداخته تولید می‌شود که در آن، توده‌هایی از آهن مایعِ دارای رسانش الکتریکی همراه با چرخش زمین یک دینام را همراه با یک میدان مغناطیسی پایدار ایجاد می‌کنند.
لایه‌هایی از یک ابرزمین احتمالی. حرارت ناشی از تشکیل چنین سیاره‌ی بزرگی می‌تواند اقیانوس‌های ماگما را برای میلیاردها سال فعال نگه دارد و میدان مغناطیسی خودش را علاوه بر میدان مغناطیسیِ تولید شده در اثر آهن مایع تولید کند.
اما زمین سنگی پس از شکل‌گیری اولیه ۴.۵ میلیارد سال پیش ذوب شد و برخی از لایه‌های آن به مدت میلیون‌ها سال بعد از تولد بصورت گداخته و همرفتی باقی ماندند – همانند آب در حال جوش فقط کمی آهسته‌تر. آیا اقیانوس ماگمایی که به آهستگی در حال همرفت است یک میدان مغناطیسی شبیه میدانی که در هسته‌ی آهنی امروز تشکیل شده تولید کرده است؟
همین سئوال برای ابرزمین‌هایی که در اطراف ستارگان دیگر کشف شده‌اند مطرح می‌شود. ابرزمین‌ها به حدی پرجرم هستند که داخل آنها یعنی گوشته باید بعد از گذشت چند میلیارد سال پس از تشکیل همچنان مایع و همرفتی باشد.
در هر دو صورت، ماگمایی که به آهستگی بر روی سیاره‌ی در حال چرخش است جوشیده می‌شود می‌تواند یک میدان مغناطیسی قوی را در صورتی تولید کند که سنگ مایع رسانای الکتریسیته باشد.
هیچ‌کس نمی‌دانست که این امر رخ می‌دهد.
آزمایش بر روی سیلیکات‌ها – عبارتی که به هزاران ماده معدنی مبتنی بر سیلیکون که درون سنگی زمین را تشکیل می‌دهند اشاره دارد – در دماها و فشارهای بالا درون ابرزمین دشوار است. حتی بررسی این مسئله که آیا سنگ جامد یا مایع است در شرایط درون زمین کار ساده‌ای نیست: دماهای ۱۰ هزار سلسیوس و فشارهای ۱۰ میلیون برابر هوای اطراف ما. سوبیران گفت: «در دماها و فشارهای استاندارد، سیلیکات ها یا کاملأ بهم چسبیده‌اند یا پیوندهای مولکولی دارند و نمی‌توانند به طور آزادانه حرکت کنند و جریانات الکتریکی ماکروسکوپی را ایجاد کنند. حتی اگر فشار درونی بالا به کاهش موانع برای حرکت الکترون‌ها کمک کند، ضرورتأ مشخص نمی‌شود که سیلیکات‌ها در ابرزمین‌ها رسانایی داشته باشند». اما سوبیران و میلیتزر به مدل‌های کامپیوتری در مقیاس اتمی از مواد معدنی مجاز دسترسی داشتند تا رسانش کوارتز (سیلیکون اکسید)، منیزی (منیزیم اکسید) و سیلیکون-منیزیم-اکسید (پس از پروسکایت) را محاسبه کنند که همگی آنها در سنگ‌های روی زمین، ماه و احتمالأ تمام سیارات منظومه شمسی ما رایج هستند.
پس از محاسبات طولانی مدت هریک از سه مورد، آنها کشف کردند که این سیلیکات‌ها وقتی در دماها و فشارهای بالا از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شوند رسانا می‌شوند. آنها وقتی رسانش‌ها را به این مدل‌های داخل زمین متصل کردند کشف کردند که سنگ‌ها به اندازه‌ی کافی رسانایی دارند تا دینام و در نتیجه میدان مغناطیسی را تحمل کنند.
سوبیران گفت: «محاسبات ما نشان داد که ساختار نامنظم مایع به الکترون‌ها کمک کرد رسانش پیدا کنند». سیلیکات مایع در جوهای فشار ۱۰.۰۰۰ سلسیوس و ۱۰ میلیون فقط یک صدم رسانش آهن مایع را دارد. سوبیران اشاره کرد سیاراتی که با یک دوره‌ی دور روزه یا بیشتر می‌چرخند یک میدان مغناطیسی شبیه زمین تولید می‌کنند: یک میدان دوقطبی با یک شمال و جنوب واضح. هرچند، چرخش آهسته‌تر می‌تواند یک میدان نامنظم‌تر را ایجاد کند که تشخیص آن از دور دشوارتر است. بروس بافِت، متخصص دینامیک درون زمین در برکلی UC که در تحقیق مشارکت نداشت گفت که سیارات فقط زمانی می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تولید کنند که تعادل درستی از رسانایی الکتریکی و سرعت سیالات داشته باشند تا بتوانند بازخورد لازم برای حفظ یک میدان مغناطیسی را ایجاد کنند. بافِت گفت: «انتظار بسیاری از ژئوفیزیکدانان این بود که حداقل تحت شرایط زمین، رسانایی سیلیکات‌های مایع بیشتر در گروه حرکات مایعات بزرگ برای جبران رسانایی پایین قرار داشته باشد، در این صورت یک میدان مغناطیسی خواهید داشت. این اولین محاسبه‌ی دقیق شرایط فشار و دمای بالاتر است و نشان می‌دهد که رسانایی‌ها به نظر کمی بالاترند، بنابراین حرکات مایعات که برای تمام این کارها نیاز دارید احتمالأ کم شدت‌تر خواهند بود».
مترجم: سحر الله وردی
منبع: phys
نوشته‌های مربوطه
وقتی محققان بخشی از مغز متصل به هوشیاری را تحریک کردند، میمون های بیهوش فوراً بیدار شدند
دانشمندان با برانگیختن بخشی از مغز متصل به هوشیاری (آگاهی) توانستند میمون های بیهوش شده را بیدار و…
ادامه مطلب…
چرا سیارات به دور خورشید می‌چرخد؟
به طور متناقضی، این گرانش خورشید است که باعث می‌شود سیارات به دور آن بچرخند، درست همانطور که گرانش زمین ماه و ماهواره‌ها را به دورش نگه می‌دارد. علت اینکه سیارات درون خورشید سقوط نمی‌کنند این است که آنها به اندازه‌ای سریع حرکت می‌کنند که دائمأ آن را «از دست می‌دهند».
ادامه مطلب…
اسب‌ها می‌توانند ابزار احساسات انسان‌ها را بخوانند و بخاطر بیاورند
براساس یک مطالعه‌ی جدید که در مجله‌ی Current Biology منتشر شده، اسب‌های اهلی می‌توانند ابراز احساسات انسان‌ها را…
ادامه مطلب…