Спутник Юпитера Ганимед, это крупнейший спутник в Солнечной системе. По размерам он превосходит даже планету Меркурий. Под его ледяной корой, как считается, скрывается огромный океан жидкой воды, возможно даже многослойный. И при этом среди сотен известных спутников Солнечной системы только Ганимед обладает собственным магнитным полем.
До сих пор основная гипотеза заключалась в том, что магнитное поле Ганимеда создаётся за счёт конвекции в уже сформированном ядре. Внутри спутника должен находиться жидкий металлический слой, в котором происходит перемешивание расплавленного железа. Движение проводящего вещества и создаёт динамо, поддерживающее магнитное поле. Однако новая работа предлагает совершенно иной сценарий. Согласно моделям, ядро Ганимеда продолжает формироваться до сих пор, а именно этот процесс и поддерживает магнитное поле спутника.
Обычно формирование металлического ядра происходит на ранних этапах существования планеты или спутника. После рождения Солнечной системы вещество молодых планетных тел разогревается за счёт столкновений, радиоактивного распада и гравитационного сжатия. Тяжёлые элементы вроде железа постепенно опускаются к центру и образуют ядро. Считается, что в большинстве случаев этот процесс завершается относительно быстро, максимум за первые сотни миллионов лет. После этого внутренние области постепенно остывают, а магнитное поле со временем исчезает. Именно поэтому, например, Луна сегодня практически не имеет собственного глобального магнитного поля. Как и Марс.
А вот Ганимед остаётся исключением. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, особенно по сравнению с полноценными планетами, его магнитное поле существует до сих пор. Чтобы объяснить это, исследователи решили проверить сценарий так называемого “холодного старта” (cold start). Они смоделировали эволюцию внутреннего строения Ганимеда при условии, что его недра разогревались и формировались очень медленно.
Модели показали, что внутри спутника может до сих пор продолжаться постепенная дифференциация железа. Более плотный расплавленный металл медленно опускается к центру, формируя растущее ядро. Это движение вещества способно поддерживать магнитное динамо в течение миллиардов лет. При этом важную роль играет предполагаемый состав ядра. Исследователи показали, что смесь железа и серы плавится при более низких температурах, чем многие другие металлические сплавы. Благодаря этому процесс формирования ядра может растягиваться на очень длительное время.
Источников энергии в модели сразу несколько. Это и радиоактивный распад, и выделение гравитационной энергии при оседании металла к центру, и приливный разогрев из-за воздействия Юпитера. Если эта гипотеза верна, Ганимед станет первым известным объектом, у которого магнитное поле создаётся продолжающимся процессом формирования ядра.
Работа также помогает лучше понять различия между крупными ледяными спутниками Юпитера. Например, Европа, вероятно, разогревалась сильнее и быстрее, поэтому её ядро могло сформироваться намного раньше. А вот Каллисто, напротив, возможно эволюционировал настолько медленно, что полноценное ядро у него могло вообще не сформироваться.
Таким образом, Ганимед может оказаться уникальным промежуточным случаем. Его недра всё ещё находятся в процессе внутренней перестройки спустя 4,5 миллиарда лет после рождения Солнечной системы.