Их результаты только что были опубликованы в журнале Physical Review Letters.Как и многие планеты и большинство звезд, Земля создает собственное магнитное поле за счет действия динамо, то есть из-за движения электропроводящей жидкости — в данном случае смеси расплавленного железа и никеля. Этот океан жидкого металла, внешнее ядро, окружает внутреннее ядро, сделанное из твердого металла. Он приводится в движение конвекцией, вызванной охлаждением активной зоны.
Результирующий поток особенно сложен: помимо движения жидкости на большие расстояния, которое хорошо известно и генерирует магнитное поле, существуют также турбулентные колебания, включающие беспорядочное, случайное движение на короткие расстояния. Хотя турбулентность также существует в атмосфере и океанах, турбулентность в ядре Земли отличается, поскольку она находится под комбинированным влиянием вращения Земли и сильного магнитного поля.
В настоящее время невозможно воспроизвести эту характерную турбулентность ни с помощью лабораторных экспериментов, ни с помощью компьютерного моделирования2. Поэтому до сих пор геофизики не могли определить ее роль в отношении магнитного поля.Чтобы лучше понять взаимодействие между турбулентностью и магнитным полем, исследователи из Института наук Земли в Гренобле использовали эксперимент с натрием Derviche Tourneur, начатый в 2005 году.
В этой миниатюрной модели ядра Земли 40 литров жидкости. натрий (электропроводящая жидкость) заключен в пространстве между двумя концентрическими сферами. Уникальность этой модели заключается в том, что магнит в центре внутренней сферы создает сильное магнитное поле, а вращение этого сердечника очень эффективно управляет потоком проводящей жидкости.
В этих условиях жидкий натрий подвергается воздействию сильного магнитного поля и быстрого вращения, как и следовало ожидать в ядре Земли, и претерпевает как крупномасштабное движение, так и случайные колебания.Датчики, размещенные вокруг внешней сферы и внутри натрия, использовались для картирования магнитного поля, в то время как ультразвуковые лучи измеряли скорость потока жидкости с использованием эффекта Доплера. Эти данные позволили исследователям показать, что турбулентное движение увеличивает способность жидкости проводить электричество и, следовательно, усиливает магнитное поле, а не уменьшает его, как показали более ранние эксперименты. Это явление, впервые наблюдаемое в лаборатории, было подтверждено численным моделированием.
Результаты также применимы к планетам с магнитным полем и звездам. Открытие этого нового компонента магнитного поля может объяснить, почему в случае Венеры, планеты-близнеца Земли, жидкометаллическое ядро не создает магнитного поля. Ближе к дому лучшее понимание этих турбулентных флуктуаций могло бы помочь нам понять инверсии магнитного поля.(1) Относится к членам суфийского ордена, кружащимся дервишам (derviches tourneurs по-французски), которые исполняют кружащийся танец.
(2) Полное численное моделирование движений, происходящих во внешнем ядре, потребовало бы охвата широкого диапазона масштабов с очень малым шагом по времени, что недостижимо с текущими возможностями.
