Расплавленное ядро Марса может объяснить магнитные странности Красной планеты

Компьютерное моделирование одностороннего магнитного поля на раннем Марсе на основе данных исследования, проведенного Институтом геофизики Техасского университета. Исследование может объяснить необычный магнитный отпечаток, обнаруженный на Марсе сегодня. Автор: Ankit Barik/Johns Hopkins University

Как и у Земли, у Марса когда-то было сильное магнитное поле, которое защищало его плотную атмосферу от солнечного ветра. Но теперь остался только магнитный отпечаток. Однако ученых долгое время сбивал с толку вопрос, почему этот отпечаток сильнее всего проявляется в южной половине красной планеты.

Новое исследование Института геофизики Техасского университета (UTIG) может помочь объяснить односторонний отпечаток. Оно представляет доказательства того, что магнитное поле планеты покрывало только ее южную половину.

Получившееся асимметричное магнитное поле будет соответствовать отпечатку, который мы видим сегодня, сказал ведущий автор исследования Чи Янь, научный сотрудник UTIG в Школе геонаук UT Jackson. Это также сделало бы магнитное поле Марса отличным от земного, которое охватывает весь земной шар.

Ян сказал, что одностороннее магнитное поле могло бы возникнуть, если бы внутреннее ядро Марса было жидким.

«Логика здесь в том, что без твердого внутреннего ядра гораздо проще создавать полусферические (односторонние) магнитные поля», — сказал Ян. «Это может иметь последствия для древнего динамо Марса и, возможно, того, как долго он мог поддерживать атмосферу».

В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, ученые использовали компьютерное моделирование для моделирования этого сценария.

До сих пор большинство исследований раннего Марса основывались на моделях магнитного поля, согласно которым у красной планеты было внутреннее ядро, подобное земному, твердое и окруженное расплавленным железом.

Исследователи были вдохновлены на попытку смоделировать полностью жидкое ядро после того, как посадочный модуль InSight НАСА обнаружил, что ядро Марса состоит из более легких элементов, чем ожидалось. Это означает, что температура плавления ядра отличается от земной, и поэтому оно, вполне возможно, расплавлено, сказала соавтор исследования Сабина Стэнли, заслуженный профессор Bloomberg в Университете Джонса Хопкинса.

Иллюстрация космического корабля NASA InSight. Приборы посадочного модуля обнаружили, что Марс может иметь полностью расплавленное ядро. Это могло бы объяснить одностороннее магнитное поле Марса, согласно исследованию Института геофизики Техасского университета. Автор: NASA/JPL-Caltech

По словам Стэнли, если ядро Марса сейчас расплавлено, оно почти наверняка было расплавлено 4 миллиарда лет назад, когда магнитное поле Марса, как известно, было активным.

Чтобы проверить эту идею, исследователи подготовили симуляции раннего Марса с жидким ядром и прогнали их дюжину раз на суперкомпьютерах. С каждым запуском исследователи делали северную половину мантии планеты немного горячее южной.

В конце концов, разница температур между более горячей мантией на севере и более холодной мантией на юге привела к тому, что тепло, выходящее из ядра, высвобождалось только на южном конце планеты. Направляемое таким образом, выходящее тепло было достаточно мощным, чтобы запустить динамо и создать сильное магнитное поле, сфокусированное в южном полушарии.

Планетарное динамо — это самоподдерживающийся механизм, который генерирует магнитное поле, как правило, посредством движения расплавленного металлического ядра.

«Мы понятия не имели, сможет ли это объяснить магнитное поле, поэтому очень интересно увидеть, что мы можем создать (единое) полушарное магнитное поле с внутренней структурой, которая соответствует тому, что InSight рассказал нам о сегодняшнем внутреннем строении Марса», — сказал Стэнли.

По словам исследователя планет UTIG Дага Хемингуэя, это открытие предлагает убедительную альтернативную теорию распространенному предположению, согласно которому столкновения с астероидами стирают доказательства существования общепланетного магнитного поля в породах северного полушария.

«Но затем, там есть эта драматическая полушарная дихотомия, где топография, рельеф и магнитное поле северного и южного полушарий резко различаются. Все, что дает ключ к тому, что может объяснить часть этой асимметрии, является ценным».

Больше информации: C. Yan et al, Mars' Hemispheric Magnetic Field From a Full‐Sphere Dynamo, Geophysical Research Letters (2025). DOI: 10.1029/2024GL113926

Источник: University of Texas at Austin