מה גורם לשדות המגנטיים המיוחדים של אורנוס ונפטון?
באופן שאיננו מובן עדיין, השדות המגנטיים של אורנוס ונפטון שונים מזה של כדור הארץ הם אינם דו-קוטביים, ואינם מיושרים לאורך ציר הסיבוב של כוכבי הלכת
השדה המגנטי של כדור הארץ הוא בעל שני קטבים: צפוני ודרומי. מבנה כזה מכונה דיפול ("דו קוטב"). הדיפול המגנטי של כדור הארץ מכוון כיום בערך לאורך ציר הסיבוב שלו. כאלה הם גם השדות המגנטיים של שבתאי וצדק. בכוכבי לכת אלה, ניווט בעזרת מצפן מגנטי יוביל אותנו לקרבת הקטבים הגיאוגרפיים. יש לציין כי השדות המגנטיים של כוכבי הלכת משתנים בזמן: קיימות ראיות לכך שבעבר "נדד" השדה המגנטי על פני הארץ, וייתכן שלא יישאר לאורך זמן במצבו הנוכחי.
כפי שהתברר בעזרת וויאג'ר 2 בשנת 1980, השדות המגנטיים של אורנוס ונפטון שונים משל כדור הארץ. הם אינם דיפוליים, ואינם מיושרים לאורך ציר הסיבוב של כוכבי הלכת. ניתן לומר כי יש לכוכבי לכת אלה יותר מ"צפון" אחד; מצפן שיימצא על גבי נפטון או אורנוס יצביע על אחד הקטבים המגנטיים – זה שסמוך אליו יותר, או זה שחזק יותר. הצפון המגנטי הזה עשוי להוביל לאו דווקא לצפון הגיאוגרפי של כוכב הלכת, כי אם לקו המשווה.
השדה המגנטי של כוכב לכת נובע מתהליך דינמו, שבו נעות שכבות נוזליות ומוליכות חשמל בפנים הכוכב. קיים קשר הדוק בין המבנה הפנימי של כוכב הלכת לבין השדה המגנטי שלו. והנה, מדענים מאוניברסיטת הארווארד שבארה"ב – ג'רמי בלוקסהאם וסאבין סטנלי, יצרו מודל ממוחשב של פְּנים כוכבי הלכת, ממנו התקבל שדה מגנטי דומה למדי לשדה הנצפה בפועל.
כוכבי לכת בעלי שדה דיפולי (הארץ, צדק, שבתאי) מתאפיינים בליבה מוצקה ומוליכה חשמל שסביבה שכבה עבה נוזלית ומוליכה חשמל. במקרה של כדור הארץ הנוזל המוליך עשוי בעיקר ברזל וניקל מותכים; במקרה של צדק ושבתאי, השכבה הנוזלית עשויה מימן "מתכתי" (מימן השרוי בלחץ עצום, המוליך חשמל). בנוזל מתאפשרת זרימה בכל הכיוונים, כולל תנועה אנכית. זרימה אנכית מכונה קונווקציה, ובעברית – הסעה.
המודלים של אורנוס ונפטון, אשר הניבו שדה מגנטי דומה לנצפה, כללו מבנה פנימי שונה: במרכז נמצאת ליבה זעירה ומוצקה, שאיננה משפיעה כמעט על השדה; היא מוקפת שכבה עבה של חומר נוזלי ומוליך חשמל, אך הוא מסודר בשכבות שלא מתקיימת ביניהן זרימה אנכית; לבסוף, קיימת שכבה נוזלית דקה מוליכה שבה מתקיימת זרימה בכל הכיוונים (שכבת הסעה). הזרימה בשכבה החיצונית היא היוצרת את אפקט הדינמו. יש לציין כי במודל זה, גם השכבה היציבה וגם שכבת ההסעה הן בעלות הולכה חשמלית זהה; ההבדל הוא ביציבות להסעה.
התכונה המשמעותית המבדילה את המבנה הפנימי של נפטון ואורנוס מזה של כדור הארץ וצדק, היא השכבה הנוזלית העבה, העשויה שכבות, שבה לא מתאפשרת הסעה.
המשמעות של "מודל" ממוחשב היא אוסף של הנחות פיזיקליות המוזנות למחשב, אשר עבורן ניתן לשנות פרמטרים מספריים עד לקבלת התאמה מירבית. על מנת לבדוק אם ההנחות הפיזיקליות נכונות, נבדקו ניבויי המודל עבור כדור הארץ, ונמצאה התאמה טובה.
ליבה מוצקה ומוליכה מייצבת את השדה, מאחר שסקאלת הזמן לשינוי לא נקבעת לפי הזמנים האופייניים לזרימת נוזל (זמנים קצרים) אלא לפי סקאלת הזמן הארוכה יותר, של תהליכי דיפוזיה מגנטיים. גם העובדה כי הליבה מסתובבת כגוש אחד תורמת לייצוב הדיפול המגנטי לאורך ציר הסיבוב. ליבה נוזלית, אשר קיימת כנראה בנפטון ובאורנוס, יכולה לנוע ביתר חופשיות, וכך מאפשרת יצירה של שדה מגנטי מורכב שאינו מיושר בהכרח לפי ציר הסיבוב.
לא צפויים כרגע ביקורי חלליות בסביבת כוכבי לכת אלה, לכן לא ניתן יהיה לבדוק את השדות המגנטיים ביתר פירוט, וגם לא ניתן יהיה לבדוק אם השינויים שחלים בשדות במשך הזמן תואמים למודלים. עם זאת, משימות אחרות, לשבתאי ולכוכב חמה (מרקורי), יאפשרו לערוך בדיקות דומות עבור כוכבי לכת אחרים.
אורנוס. שדה כבידה שונה
מומלצים
