Jedro planetov: definicija, sestava in vpliv na magnetno polje

Jedro planetov: definicija, sestava in vpliv na magnetno polje — razlike med Zemljo, Marsom, Venero in plinskimi velikani za razumevanje izvora magnetizma.

Jedro planeta je najbolj notranja plast ali plasti planeta. Zemeljski planeti (planeti s kamnitim površjem) imajo jedro večinoma iz železa in je lahko trdna ali tekoča plast. Zemljino jedro je delno tekoče, medtem ko naj bi bila jedra Marsa in Venere popolnoma trdna, saj jedra ne ustvarjajo magnetnega polja.

Definicija in osnovna sestava

Jedro je centralni del planeta, ki nastane med zgodnjim razlikovanjem (diferenciacijo) planeta, ko težji elementi posedejo proti središču. Glavna sestavina jedra pri kamnitih planetih je železo, v manjših količinah pa vsebuje tudi niklja in težke siderofilne (železoljubne) elemente. Tlačne in temperaturne razmere v jedru so izredno velike — temperature segajo v tisoče stopinj, tlaki pa v milijone atmosfer — zato je stanje snovi (trdno ali tekoče) odvisno od kombinacije temperature, tlaka in kemijske sestave.

Struktura jedra pri kamnitih planetih

Pri Zemlji ločimo tekoče zunanje in trdno notranje jedro. Zunanje jedro (pretežno tekoče železo z manjšim deležem niklja in lahkih elementov) omogoča gibanje prevodne snovi, kar poganja geodinamo in ustvarja zadnjevidno magnetno polje. Notranje jedro je zaradi pritiska trdno kljub zelo visokim temperaturam. Konkretnim številkam: Zemljino jedro ima polmer približno 3.480 km (od skupnega polmera Zemlje ~6.371 km), pri čemer so dimenzije in sestava natančno določene s seizmološkimi podatki in modeli.

Pri Marsu in Veneri so dokazi za tekoče zunanje jedro slabši ali ga ni—Mars ima verjetno majhno tekoče ali delno utrjeno jedro, ki je danes ugasnilo (stari magnetni kosi v skorji kažejo, da je Mars nekoč imel dinamno polje). Mars in Venera zato nimata močnega globalnega magnetnega polja podobnega Zemljinemu; pri Veneri k temu prispeva tudi zelo počasna rotacija, ki zmanjša učinkovitost dinamičnega procesa.

Jedra plinskih in ledenih velikanov

Tudi plinaste velikanke in ledeni velikani imajo jedra, a so ta drugačna po sestavi in pogojih. Jedra teh planetov običajno vsebujejo zmesi kamnin, železa in ices (voda, amonij, metan v visokotlačnih fazah), pogosto v obliki zgoščenega "kamnito-ledenega" jedra. Obkrožajo ga plasti vodika in helija; v primeru največjih velikanov (Jupiter, Saturn) pri globokih pritiskih vodik prehaja v prevoden "metalni" vodik, ki je ključnega pomena za nastanek močnih magnetnih polj.

Jupitrovo jedro je ocenjeno na 12-krat večjo maso od Zemljinega, čeprav najnovejše meritve, zlasti od sonde Juno, kažejo, da je jedro lahko delno razpršeno oziroma "razredčeno" — natančna masa in sestava so še predmet raziskav.

Pri Saturnu, Uranu in Neptunu so jedra prav tako relativno majhna glede na skupno maso oziroma velikost, vendar so zaradi velikanske velikosti teh planetov absolutne mase jedra še vedno velike. Magnetna polja Urana in Neptuna izvirajo verjetno iz prevodnih, plastičnih ali ionskih območij, ne nujno iz globokega metalnega vodika kot pri Jupiterju in Saturnu, kar povzroča njihove neobičajne asimetrične magnetne konfiguracije.

Velikosti jedra: primeri

Velikost jedra je lahko različna pri vsakem planetu ali drugem objektu. Lunino jedro predstavlja 20 % njenega polmera, Merkurjevo jedro pa 75 % njenega polmera. Takšne razlike povzročijo zelo različne notranje dinamike: Merkurjev velik in gost jedrni del pojasnjuje, zakaj ima še šibko magnetno polje, čeprav je planet majhen; Luna ima relativno majhno jedro in ni več aktivno magnetno polje.

Vpliv jedra na magnetno polje in geologijo

• Magnetno polje: Za nastanek planetačnega magnetnega polja je običajno potrebna prevodna tekoča plast in gibanje (konvekcija) znotraj nje ter rotacija planeta — to je geodinamo. Če ni tekočega prevodnega sloja ali je gibanje utišano (npr. zaradi počasne rotacije ali odsotnosti konvekcije), se magnetno polje ne ohranja.
• Toplotna in notranja dinamika: Jedro oddaja toploto v plašč, kar lahko povzroča mantelsko konvekcijo, vulkansko aktivnost in, pri primerih Zemlje, subdukcijo in tektoniko plošč. Hitro hlajenje jedra lahko vodi k zastavitvi dinamičnih procesov (kot pri marsovski dynamiki).
• Magnetosfera in zaščita atmosfere: Magnetno polje ščiti atmosfero pred sončnim vetrom in visokozenergijskimi delci — odsotnost močnega magnetnega polja lahko pospeši izgubo atmosfere (pomembno za potencialno habitabilnost).

Kako vemo, kaj je v jedru?

Znanje o jedrih planetov izhaja iz več virov podatkov:

• Seizmologija (pri Zemlji): analize potovanj seizmičnih valov skozi planet razkrivajo meje med plastmi in stanje snovi (trdno/tekoče).
• Meritve gravitacijskega polja in momenta vztrajnosti (posebno pri oddaljenih planetih s pomočjo sond) pomagajo določiti porazdelitev mase.
• Opazovanja magnetnih polj, rotacije in lastnih valov (npr. libracije pri Luni) dajejo dodatne informacije o notranji strukturi.
• Laboratorijski poskusi in teoretični modeli o vedenju snovi pri visokih temperaturah in tlakih omogočajo interpretacijo podatkov.

Zaključek

Jedro je ključni del planeta, ki močno vpliva na njegovo geologijo, magnetno okolje in sposobnost ohranjanja atmosfere. Sestava in stanje jedra sta različna med kamnitimi planeti, plinskimi velikanih in ledenimi velikani, zato jedro posameznega planeta oblikuje tudi njegove površinske razmere in evolucijo. Raziskave z zemeljskimi meritvami in vesoljskimi sondami še naprej izboljšujejo naše razumevanje notranjosti planetov in njenih vplivov.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je jedro planeta?

V: Kateri so zemeljski planeti?

V: Iz česa so večinoma sestavljena jedra zemeljskih planetov?

V: Ali naj bi bila jedra Marsa in Venere popolnoma trdna ali delno tekoča?

V: Kaj so plinski velikani?

V: Ali imajo plinski velikani železno jedro?

V: Kakšna je velikost planetarnega jedra med planeti?

Išči po črki