Планетоид: Геодинамо в миниатюре
Ярко освещенный трехметровый шар среди прочных стальных перекрытий выглядит, как образец инопланетной техники из фантастического кинофильма. Но у этого ребристого артефакта, скрытого в складских недрах Университета штата Мериленд (США), вполне «земное» предназначение: он представляет собой модель нашей планеты.
В начале следующего года внешняя вращающаяся сфера будет заполнена 13 тоннами расплавленного натрия, нагретого примерно до 105 °C. Исследователи надеются, что перемешивающаяся проводящая жидкость будет генерировать самоподдерживающиеся электромагнитное поле, подобно тому, как (согласно одной из гипотез) жидкое железо во внешнем ядре Земли создает магнитное поле нашей планеты. Если эксперимент пройдет, как запланировано — он станет первой удачной попыткой смоделировать это явление в лаборатории.
Экспериментальная установка состоит из двух концентрических сфер. Внутренняя сфера (диаметром 1,02 м) имитирует твердое внутреннее ядро Земли, внешняя (диаметром 2,92 м) -мантию, а заполненное жидким натрием пространство между ними — внешнее ядро планеты. Каждая сфера может вращаться независимо, скорость вращения можно изменять в пределах до 4 оборотов в секунду (для внешней сферы) и до 12 оборотов в секунду (для внутренней). Каналы на поверхности установки — это система контроля температуры. Одна из задач проекта, возглавляемого геофизиком Даниэлем Латропом (Daniel Lathrop) — изучить влияние температуры на движение расплавленного металла в земном ядре.
Впрочем, проект окружен множеством «если...». Естественное магнитное поле Земли должно дать толчок процессу: вращение проводящей жидкости в этом магнитном поле приведет к появлению внутренних электрических токов, которые при правильном подборе параметров движения могут усилить магнитное поле и создать положительную обратную связь, «подгоняя» процесс. Но никто не знает, как эксперимент пойдет на самом деле. «Нет ни теории, ни экспериментальных данных по этим параметрам», — говорит Латроп.
Похожий эксперимент проводился в 2007 году в Кадараше (Франция) с использованием цилиндрической установки. Исследователи во главе с Жаном-Франсуа Пинтоном (Jean-François Pinton) зафиксировали появление магнитного динамо, но по словам самого Пинтона, это был чисто физический эксперимент, тогда как установка Латропа должна ответить на вопросы из области геофизики.
Аналогичные сферические установки меньших размеров (1 м и 0,4 м в диаметре, построенные в США и во Франции соответственно) так и не смогли создать магнитное динамо, хотя и выявили некоторые интересные особенности поведения жидкостей. Латроп надеется, что моделирование магнитогидродинамических процессов — как раз тот случай, когда размер имеет значение, и новая трехметровая установка позволит, наконец, получить долгожданный результат. В любом случае, считает ученый, такой большой объем вращающейся проводящей жидкости не может не готовить сюрпризов. «С динамо или без — это будет интересно», — говорит он.
Исследователи рассчитывают, что их работа прольет свет на причины изменений в магнитном поле Земли (например, инверсии магнитных полюсов). Последний подобный «переворот» произошел 780 000 лет назад, и есть вероятность, что очередная инверсия ждет нас в недалеком будущем: за последние полтора века магнитное поле Земли ослабло на 10%.
По сообщению Nature News