Új forgatókönyv az ifjúsági csillagdinamókról
A Föld mágneses mezővel rendelkezik, és szerencsére! Ez valóban pajzsként működik, amely megvéd minket a napszél részecskéinek folyamatos bombázásától. De ebben az esetben nem ez az egyetlen égitest: a Napnak is megvan a maga mágneses tere, akárcsak sok bolygóhoz, csillaghoz és galaxishoz. Ezen asztrofizikai mágneses mezők eredete és tartóssága még mindig számos alapvető kérdést vet fel.
Ezért egyes asztrofizikai testekben működik egy mechanizmus, amely fenntartja ezt a mágneses teret a Joule-effektus által történő eloszlás ellenére. És tudjuk, hogy ennek a mechanizmusnak bonyolult dinamikája van: az iránytű által jelzett mágneses északi pólus időbeli vándorlása, az észak-déli irányváltások, amelyeken a mágneses mező a múltban átesett, és amelyeket a vulkanikus kőzetek nyomon követtek., de a Nap esetében is a napfoltok ingadozó aktivitása (a Galileo már megfigyelte!) ... mindezek az elemek annyi aláírást jelentenek a folyamat bonyolultságáról.
Körülbelül egy évszázada a fizikusok által elfogadott hipotézis az a mágneses mező, amelyet a dinamóhatás sok égitestben fenntart. C. Kicsit olyan, mint egy kerékpárdinamó, amely átalakítja a kerekek mozgásával járó mechanikai energiát elektromos energiává! De a bolygókon vagy csillagokban, vagy a galaktikus környezetben a mechanikus energia forrása egy elektromosan vezető folyadék - például folyékony fém vagy plazma - mozgásából származik, ezeket a mozgásokat maguk is képesek befolyásolni az általuk fenntartott mágneses tér (ami nyilván nem vonatkozik a kerékpárra).
Valójában a mágneses mező és az elektromosan vezető folyadék áramlása összekapcsolt evolúción megy keresztül, amelyet a magnetohidrodinamika egyenletei írnak le. A mágneses mező Laplace erején keresztül hat az elektromos töltéseket hordozó folyadék mozgására, miközben ezek elektromos áramokat indukálnak, amelyek viszont képesek regenerálni a mágneses teret. De ahhoz, hogy a folyamat önfenntartó legyen, más szóval annak érdekében, hogy a mágneses mező fennmaradjon a Joule-effektus által történő eloszlás ellenére, a folyadék mozgásának kedvezőnek kell lennie, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy mindkettőjüknek kellően bonyolultnak kell lennie. és elég erős ahhoz, hogy a dinamó működhessen.
Tehát honnan származnak ezek a „bonyolult és lendületes” mozgalmak? Sajnos elméletileg nagyon nehéz dinamót generálni képes áramlást bemutatni. A csillagokban és a bolygókon a legszélesebb körben vizsgált forgatókönyvek keverést idéznek elő az elektromosan vezető folyadék burkolatának konvekciójával, legyen szó folyékony fém magról, fémes hidrogén atmoszféráról, vagy akár egy csillag plazmáról: a melegebb folyadékról és könnyebb mélységben a felszín felé emelkedik, majd lehűl és visszaesik tollak formájában. A numerikus szimulációk azt mutatják, hogy ezek a konvekciós mozgások valóban képesek lennének fenntartani egy forgó gömbhéjban a mágneses mezőket, morfológiailag hasonlóak a Föld, a Jupiter vagy a Napéhoz.
A konvektív dinamók modelljei azonban bizonyos korlátozásokkal szembesülnek: a konvekció bizonytalan jelenléte a bolygó belső terében, összeférhetetlenség bizonyos, túl kicsi méretű asztrofizikai testekkel (például a Jupiter Io és Ganymede holdjaival, vagy akár a primitív Hold), a megfigyelt csillagmágneses mezők nagy sokféleségének elszámolása nehézségekbe ütközik (például hogyan magyarázható meg a hatalmas csillagok közötti mágneses térerő hatalmas különbsége?)… Mindezek az okok segítenek motiválni az alternatív forgatókönyvek keresését a „dinamó megjelenése érdekében”. szférikus geometriában, anélkül, hogy a konvekciós hipotézishez folyamodna.