Ganimedovo magnetsko polje možda ne pokreće ohlađena jezgra, nego jezgra koja se još stvara

Ganimed je jedini mjesec u Sunčevu sustavu za koji znamo da stvara vlastito magnetsko polje. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Science Advances predlaže drukčije objašnjenje od dosadašnjeg: umjesto da magnetsko polje pokreće već oblikovana i postupno ohlađena jezgra, Ganimedova jezgra možda se još uvijek sporo formira.

Prema novom modelu, najveći Jupiterov mjesec mogao je imati neuobičajeno hladan početak. Upravo bi to objasnilo zašto se procesi u njegovoj unutrašnjosti nisu odavno ugasili, nego i danas stvaraju uvjete za magnetski dinamo.

Mjesec planetarnih razmjera

Ganimed je najveći mjesec u Sunčevu sustavu, veći čak i od Merkura. Pod ledenom korom vjerojatno skriva velik ocean, a po svojim se svojstvima izdvaja među stotinama poznatih mjeseca oko planeta.

Najveća posebnost ipak je njegovo magnetsko polje. Među mjesecima Sunčeva sustava Ganimed je jedini za koji je potvrđeno da ga samostalno stvara. To ga čini iznimnim objektom, jer magnetska polja takve vrste obično nastaju duboko u unutrašnjosti planeta, u slojevima električki vodljive tekućine.

Kod Zemlje je riječ o gibanju rastaljenog metala u jezgri. Sličan se princip naziva magnetski dinamo: gibanje vodljive tekućine stvara i održava magnetsko polje. Za Ganimed se dosad najčešće pretpostavljalo da njegov dinamo pokreće konvekcija u već oblikovanoj metalnoj jezgri, možda procesom takozvanog “željeznog snijega”, pri kojem se čestice očvrslog željeza odvajaju i tonu kroz tekući dio jezgre.

No takvo objašnjenje ostavlja važno otvoreno pitanje. Ako se Ganimedova jezgra oblikovala vrlo rano, kao kod mnogih drugih tijela Sunčeva sustava, teško je objasniti zašto njegov dinamo još uvijek stvara magnetsko polje.

Zašto Ganimed nije završio kao Mjesec ili Mars

Kada se planetarno tijelo stvara, sudari i nakupljanje materijala mogu proizvesti dovoljno topline da se unutrašnjost rastali i razdvoji. Teži metali tonu prema središtu, a lakši materijal ostaje iznad njih. Tako nastaje jezgra.

U klasičnom scenariju taj bi se proces, ako postoji dovoljno topline, trebao dovršiti relativno brzo u astronomskim razmjerima, unutar približno 1 do 200 milijuna godina nakon nastanka Sunčeva sustava. Danas je Sunčev sustav star oko 4,6 milijardi godina.

Nakon toga se unutrašnjost postupno hladi. Dinamo slabi i na kraju nestaje. Zemljin Mjesec više nema aktivno unutarnje magnetsko polje. Mars, iako nešto veći od Ganimeda, također ga više ne stvara.

S druge strane, neka ledena tijela možda nikada nisu imala dovoljno topline da uopće oblikuju metalnu jezgru. Autori istraživanja navode da su se neki ledeni mjeseci mogli formirati nakon što je već oslabila uloga radioaktivnog aluminija, važnog izvora topline u ranoj povijesti Sunčeva sustava. Ako su uz to premali ili prehladni, stvaranje jezgre može biti odgođeno ili zaustavljeno.

Ganimed se ne uklapa lako ni u jednu od tih krajnosti. Dokazi upućuju na to da ima metalnu jezgru i aktivan magnetski dinamo. To znači da je njegova unutrašnjost morala zadržati ili razviti toplinu na neobičan način.

Hladan početak i spora jezgra

Autori novog rada zato su testirali drukčiji scenarij: što ako je Ganimed nastao hladnije nego što se obično pretpostavlja?

Tim je koristio jednodimenzionalne modele toplinske evolucije kako bi ispitao kako bi se Ganimedova unutrašnjost razvijala kroz milijarde godina. U modele su uključili različite početne sastave, udio vode i moguće plimno zagrijavanje, odnosno zagrijavanje nastalo zbog gravitacijskih utjecaja Jupitera i drugih tijela.

Rezultat je drukčija slika Ganimedove unutrašnjosti. Umjesto jezgre koja se davno oblikovala i zatim počela hladiti, modeli pokazuju da se jezgra možda još uvijek postupno stvara. Kako se unutrašnjost mjeseca polako zagrijava, željezo se odvaja od okolnog materijala, tone prema središtu i pritom pokreće gibanje tekućeg metala.

Upravo bi to gibanje moglo održavati magnetsko polje kroz milijarde godina.

Ključan detalj u modelu jest pretpostavka da Ganimedova jezgra sadrži sustav željeza i željeznog sulfida. Takav sastav ima niže temperature taljenja od nekih drugih željeznih slitina, što olakšava dugotrajno odvajanje i gibanje metalne tekućine u unutrašnjosti.

Autori pišu da su Ganimedove opservacije u skladu sa scenarijem u kojem se jezgra još oblikuje, što je proces koji zasad nije potvrđen drugdje. U tom modelu postupno zagrijavanje plašta može istiskivati gustu željeznu talinu prema rastućoj protojezgri i miješati tekući metal, dovoljno dugo da dinamo preživi do današnjeg vremena.

Isti Jupiterov sustav, različite unutrašnjosti

Novo tumačenje ne odnosi se samo na Ganimed. Ono otvara pitanje zašto se susjedni Jupiterovi mjeseci, osobito Europa i Kalisto, ponašaju drukčije.

Prema autorima, Europa je možda prošla topliju unutarnju evoluciju od Ganimeda. U takvom scenariju stvaranje jezgre ne bi nužno bilo proces koji traje do danas.

Kalisto je još zanimljiviji za usporedbu. Veličinom, gustoćom i položajem u Jupiterovu sustavu donekle podsjeća na Ganimed, ali nema aktivno magnetsko polje poput njega. Autori navode da je Kalisto vjerojatno slijedio hladniji razvojni put. Kasnije formiranje, drukčiji omjer leda i stijena, manja veličina i kemijski uvjeti mogli su spriječiti dugotrajno stvaranje jezgre i time onemogućiti nastanak održivog dinama.

Ako je novi model točan, Ganimed nije samo mjesec s neobičnim magnetskim poljem. On bi mogao biti primjer planetarnog tijela čija se metalna jezgra još uvijek oblikuje, više od četiri milijarde godina nakon nastanka Sunčeva sustava.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.