Радиоизлучение Юпитера было связано с его магнитным полем планетарного масштаба. Исследования космического пространства показали, что большинство планет и некоторые луны имеют или имели глобальное магнитное поле.
Магнитные поля, создаваемые внутренними «динамо – машинами», являются одним из немногих средств дистанционного зондирования, ограничивающих свойства планетарных недр.
Было высказано предположение, что магнитное поле Земли частично отвечает за ее обитаемость, и для оценки ее обитаемости может потребоваться знание магнитного поля планеты вне Солнечной системы.
Радиоизлучение с Юпитера и других планет Солнечной системы производится электронным циклотронным мазером, а обнаружение экстрасолярных планетарных электронных циклотронных мазеров позволит проводить измерения экстрасолярных планетных магнитных полей.
Основные достижения в следующем десятилетии будут включать наземное обнаружение радиоизлучения с планет юпитерианской массы и создание технологических основ для будущих космических обнаружений радиоизлучения с планет более низкой массы.
Основное внимание уделяется двум вопросам, для которых обнаружение магнитных полей в экстрасолярных планетах, вероятно, будет представлять более широкий интерес:
- какие ограничения могут быть наложены на внутренние структуры и составы экстрасолярных планет?
- какие характеристики экзопланеты могут способствовать ее обитаемости?
Магнетизм планет
Магнитные планеты естественным образом генерируют радиоизлучение из-за взаимодействия между планетарным магнитным полем и звездным ветром звезды - хозяина, обеспечивая готовые средства для решения этих вопросов.
По крайней мере, в течение следующего десятилетия потребуется сочетание наземных и космических телескопов, причем наземные телескопы, скорее всего, будут сосредоточены на планетах с массой Юпитера, а космические телескопы - на ледяных гигантах и планетах земной группы.
Наконец, этот выбор вопросов отражает попытку сбалансировать потенциальный диапазон вопросов, которые могут быть решены путем изучения планетарных магнитных полей в рамках ограничений доступного пространства; он не является исключительным.
Даже ранние объяснения магнитного поля Земли связывали его с внутренней структурой Земли. После открытия радиоизлучения Юпитера было установлено, что это излучение связано с магнитным полем Юпитера, которое в свою очередь было связано с внутренней структурой планеты.
Сегодня дистанционное зондирование и измерения на месте показали, что Земля, Меркурий, Ганимед и планеты-гиганты Солнечной системы содержат внутренние «динамо - машины», которые генерируют поля планетарных оттенков.
Марс и Луна показывают остаточный магнетизм, указывающий на существование прежних «динамо - машин». Внутренний магнетизм возникают из дифференциального вращения, конвекции, композиционной динамики или комбинации этих процессов.
Знание экстрасолярных планетных магнитных полей накладывает ограничения на внутренние составы и динамику, которые будет трудно определить другими способами, а также информирует о степени экранированности поверхностей и атмосфер планет земной группы и их потенциальной обитаемости звездный ветер, сверх - или трансзвуковая намагниченная плазма, падающая на магнитосферу планеты, является источником энергии для магнитосферы.
Электронный циклотронный мазер, возникающий в результате взаимодействия магнитосферы и солнечного ветра, был обнаружен с Земли и всех газовых гигантов в Солнечной системе.
Обнаружение даже одного экстрасолярного планетарного магнитного поля может дать важную информацию для расширения наших знаний о планетарных интерьерах и «динамо - машинах». Ограничивающим фактором в понимании планетарных «динамо - машин» является малая выборка в Солнечной системе.
Точно так же, как открытие особенностей Юпитера дало решающее понимание разнообразия планет, обнаружение внеполярных магнитных полей улучшит наши знания о планетных внутренностях и магнитных «динамо - машинах», в том числе в нашей Солнечной системе.
Измерения экстрасолярных магнитных полей добавят дополнительное измерение, с помощью которого можно охарактеризовать планеты. Измерения магнитного поля, дающие информацию о внутренних структурах и композициях, будут дополнять измерения композиций верхних слоев атмосферы, полученные с помощью транзитной спектроскопии передачи с наземных телескопов и миссий, таких как «TESS».
Диаграмма массы-радиуса планеты будет распространяться на диаграмму напряженности поля массы-радиуса, потому что магнитное поле требует внутренней, конвективной, электропроводящей жидкости.
Наличие конвекции
Наличие конвекции может быть наиболее информативным для скалистых планет, которые не гарантированно имеют электропроводящие жидкие железные ядра.
Если фугитивность кислорода слишком высока во время его сборки, железо планеты может быть окислено и включено в силикатную мантию, вместо того, чтобы дифференцироваться в ядро.
Частичное затвердевание ядра может ограничить диапазон масс планет с достаточно жидкими ядрами для поддержания «динамо - машин», и степень затвердевания железного ядра также чувствительна к присутствию летучих веществ.
Кроме того, Энергетический бюджет конвекции в ядре Земли является предельным. Более высокая равновесная температура (> 1500 К), более сильный приливный нагрев, более высокие концентрации радиоядерных ядер, наличие толстой оболочки H/He или застойный тектонический режим крышки могут отключить конвекцию (и магнетизм) в ядре планеты, подобной Земле.
Вывод конвекции через измерение магнитного поля будет ограничивать тепловую эволюцию планеты и энергетический бюджет и может служить косвенным показателем тектоники плит. Для ледяных гигантов вода электропроводна.
Прямое предсказание состоит в том, что планеты, подобные Нептуну, должны поддерживать «динамо - машины» планетарного масштаба и что обнаружение их магнитных полей подтвердит, что они в основном состоят из воды.
Наконец, на юпитерианских планетах с массивными оболочками H / He металлический водород выше примерно 25 гПа, и они, как ожидается, будут конвективными на глубине.
продолжение читайте в следующей части