Нов сценарий за младежки звезден динамос
Земята има магнитно поле и за щастие! Това наистина действа като щит, който ни предпазва от постоянно бомбардиране от частици слънчев вятър. Но това не е единственото небесно тяло в този случай: Слънцето също има свое собствено магнитно поле, точно както много планети, звезди и галактики. Произходът и постоянството на тези астрофизични магнитни полета все още поставят много основни въпроси.
Следователно в някои астрофизични тела работи механизъм за поддържане на това магнитно поле въпреки разсейването от ефекта на Джоул. И ние знаем, че този механизъм има сложна динамика: миграцията във времето на магнитния Северен полюс, посочен от компаса, обръщанията Север-Юг, които магнитното поле е претърпяло в миналото и които вулканичните скали са следили., но също така в случая на Слънцето колебанието на активността на слънчевите петна (вече наблюдавано от Галилей!) ... всички тези елементи са толкова много подписи за сложността на процеса.
От около век хипотезата, възприета от физиците, е за магнитно поле, поддържано от динамо ефекта в много небесни тела c. Малко като велосипедно динамо, което трансформира механичната енергия, свързана с движението на колелата, в електрическа енергия! Но в планетите или звездите или в галактическата среда източникът на механична енергия идва от движенията на електропроводима течност - течен метал или плазма например -, като тези движения сами могат да бъдат повлияни от магнитното поле, което поддържат (което очевидно не се отнася за велосипеда).
Всъщност магнитното поле и потокът от електропроводима течност претърпяват свързана еволюция, описана от уравненията на магнитохидродинамиката. Магнитното поле действа чрез силата на Лаплас върху движенията на течността, носеща електрически заряди, докато те индуцират електрически токове, които от своя страна могат да регенерират магнитното поле. Но за да бъде процесът самоподдържащ се, с други думи, така че магнитното поле да може да се поддържа въпреки разсейването от ефекта на Джоул, движенията на течността трябва да са благоприятни, което на практика означава, че и двете трябва да са достатъчно сложни. и достатъчно силна, за да позволи на динамото да работи.
И така, откъде идват тези „сложни и енергични“ движения? За съжаление е много трудно теоретично да се демонстрира поток, способен да генерира динамо. При звездите и планетите най-широко изследваните сценарии предизвикват разбъркване чрез конвекция на електропроводима обвивка на течност, независимо дали е ядро от течен метал, атмосфера на метален водород или дори плазма на звезда: течността, по-топла и по-леки в дълбочина, щяха да се издигнат към повърхността, след това да се охладят и да паднат обратно под формата на шлейфове. Числените симулации са склонни да показват, че тези конвекционни движения наистина биха могли да поддържат във въртяща се сферична обвивка магнитни полета, морфологично подобни на тези на Земята, Юпитер или Слънцето.
Моделите на конвективните динамоси обаче се сблъскват с определен брой ограничения: несигурно присъствие на конвекция във вътрешността на планетите, несъвместимост с някои астрофизични тела с твърде малък размер (като луните на Юпитер Йо и Ганимед или примитивната Луна), трудност при отчитането на голямото разнообразие от наблюдавани звездни магнитни полета (например как да се обясни огромната разлика в силата на магнитното поле между масивни звезди?) ... Всички тези причини помагат да се мотивира търсенето на алтернативни сценарии за „появата на динамо в сферична геометрия, без да се прибягва до конвекционната хипотеза.