U središtu Zemlje nalazi se golema metalna kugla, jezgra planeta. Iako je nedostižna bez pomoći Julesa Vernea, može se proučavati i igra vitalnu ulogu za svijet.
POGLEDAJTE VIDEO:
Unutrašnjost od željeza i nikla stvara magnetsko polje koje štiti planet od štetnog zračenja i omogućuje procvat života. Kako točno nastaje ovo magnetsko polje i je li isto na drugim svjetovima, pitanja su koja su i dalje otvorena.
Željezni oceani
Novo istraživanje otkriva više nego ikad prije o planetarnim jezgrama i magnetskim poljima te nagovještava promjene koje se događaju 3000 kilometara pod našim nogama.
Zemlja ima čvrstu unutarnju jezgru promjera oko 1200 km, okruženu vanjskom jezgrom od tekućeg željeza koja se proteže još 2200 km. U vanjskoj se jezgri, dok tekući metal cirkulira, stvara magnetsko polje.
- Pokušavamo shvatiti dinamiku velikih željeznih oceana koji su prisutni na planetima poput Zemlje. Taj je protok odgovoran za magnetsko polje planeta. Istovremeno je magnetsko polje jedan od ključnih sastojaka života - rekao je Michael Le Bars iz francuskog Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja ili CNRS-a.
Le Bars je proučavao ta pitanja u sklopu europskog projekta koji je dobio sredstva EU-a kako bi potaknuo napredak u tom području, uključujući laboratorijske pokuse. Pod nazivom FLUDYCO, inicijativa je pokrenuta sredinom 2016. i trajala je do kraja 2021.
U laboratorijima su Le Bars i njegov tim ubrizgali boju u gumenu kuglu napunjenu vodom i zatim je zarotirali kako bi deformirali sferu, simulirajući plimne distorzije u Zemljinoj jezgri.
Također su ubacili balon koji je sadržavao tekući metal zvan Galinstan unutar vode kako bi simulirali formiranje planetarne jezgre. Konačno, istraživači su pratili interakciju vode manje i veće gustoće kako bi proučavali konvekciju i turbulenciju vanjske jezgre.
Tim je otkrio da postoje tri načina za pokretanje cirkulacije unutar jezgre od tekućeg željeza.
Svjetovni načini
Prvi je bio metalni vrtlog željeza u vanjskoj jezgri. Ovaj proces, nazvan konvekcija, rezultat je hlađenja i skrućivanja jezgre planeta.
Druga metoda bile su plimne sile uzrokovane gravitacijskim guranjem i povlačenjem obližnjeg objekta, vjerojatno poput magnetskog mjeseca Ganimeda, koji kruži oko Jupitera i koji je nazvan po trojanskom princu iz grčke mitologije.
Treći je uključivao kristale skrućenog željeza koji se formiraju u tekućoj vanjskoj jezgri i pokreću cirkulaciju, što je suprotno skrućivanju koje se događa u Zemljinoj jezgri.
- To je sniježenje kristala željeznog leda prema unutra i miješanje tekućine. To je vrlo čudan proces - rekao je Le Bars, direktor istraživanja u CNRS-u sa sjedištem u Marseilleu, o trećoj metodi.
Ono što ostaje nejasno je koji bi točno svjetovi imali koju metodu za proizvodnju svojih metalnih polja ili bi drugi procesi mogli biti uključeni u plinske divove poput Jupitera.
- Čini se da je svaki planet drugačiji. Ne znamo konvektira li Ganimedova jezgra ili sniježi - kaže Le Bars.
Europska svemirska letjelica lansirana u travnju 2023. koja bi trebala stići do Jupitera 2031. kružit će oko Ganimeda i mogla bi donijeti otkrića o njegovoj jezgri, što bi možda pomoglo da se utvrdi kako svjetovi poput ovog stvaraju magnetsko polje.
U Zemljinom solarnom sustavu, Saturn, Uran i Neptun također imaju značajna magnetska polja.
Promatranje orbite
Drugi način za istraživanje planetarnih jezgri je njihovo neizravno mjerenje.
Projekt koji financira EU pod nazivom CoreSat radio je to iz orbite koristeći tri satelita Europske svemirske agencije koji proučavaju promjene u Zemljinom magnetskom polju.
Inicijativu, koja bi trebala završiti u kolovozu 2023. nakon pet i pol godina, vodi Chris Finlay s Nacionalnog svemirskog instituta na Tehničkom sveučilištu Danske u blizini Kopenhagena.
Zemljino magnetsko polje može jačati i slabiti, mijenjajući svoju strukturu, uključujući položaje magnetskih polova, za desetke kilometara godišnje, ili ponekad čak potpuno promijeniti polaritet, nešto što se smatra da se događa svakih 100.000 godina.
Finlay kaže da sateliti pokazuju kako se magnetsko polje mijenja.
Koristeći podatke sa satelita, Finlay i njegovi kolege tražili su jasniju sliku magnetskog polja na granici između Zemljinog donjeg plašta i vanjske jezgre.
Magnetski signal
Velika poteškoća bila je izdvajanje signala magnetskog polja iz jezgre među ostalim magnetskim poljima proizvedenim na Zemljinoj površini i iznad nje.
Jedna od tehnika bila je praćenje Zemljine gornje atmosfere i njene aurore na polovima i identificiranje čišćeg potpisa promjena u magnetskom polju jezgre.
Cilj je imati sustave koji mogu predvidjeti kako će se magnetsko polje promijeniti tijekom sljedećih desetljeća, kaže Finlay.
- Bilo je izazovno. Htjeli bismo napraviti nešto poput vremenske prognoze, gdje imaju modele opće cirkulacije atmosfere i prave prognoze - rekao je.
Proučavanje promjena u magnetskom polju jezgre važno je za razumijevanje nastanjivosti Zemlje i drugih svjetova. Nigdje ove promjene nisu uočljivije nego u regiji Južnog Atlantika.
Podzemni uragani
Ispred obale Južne Amerike, Zemljino magnetsko polje oslabi više od 50 %. Iako je uzrok ovog fenomena poznatog kao Južnoatlantska anomalija nepoznat, projekti kao što je CoreSat pružaju dodatne informacije.
- Uspjeli smo uvidjeti više detalja. Još uvijek radimo na tome - kaže Finlay.
Čini se da je, dolje na granici jezgre i plašta ispod anomalije, magnetsko polje obrnuto. To bi mogao biti znak vremenskih sustava u vanjskoj jezgri uzrokovanih temperaturnim razlikama i rotacijom planeta.
„Na isti način na koji dobijete ciklone i uragane u atmosferi, isto se događa u Zemljinoj jezgri. To organizira konvekcije u velike cirkulacije u vanjskoj jezgri - kaže Finlay.
Uz to, vrtloženje unutar Zemlje događa se pri mnogo sporijim brzinama, 20 km godišnje u usporedbi s brzinama vjetra do 250 km na sat u uraganima.
Čak i uz napredak u istraživanju, ima još mnogo toga za naučiti o unutrašnjosti planeta, a implikacije su dalekosežne.
- Danas promatramo druge planete kako bismo na njima pronašli život. Da bi bilo života, potrebno je magnetsko polje koje štiti planet - rekao je Le Bars iz CNRS-a.
Autor JONATHAN O’CALLAGHAN
Više informacija:
Istraživanja u ovom Horizonovom članku financira EU putem Europskog istraživačkog vijeća (ERC). Ako vam se ovaj članak svidio, razmislite o njegovom dijeljenju na društvenim mrežama.