Каждый год внутреннее ядро нашей планеты расширяется примерно на миллиметр. В новом исследовании учёные обнаружили, что одна сторона растёт быстрее — и никто не знает, почему.

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00761-w.epdf?sharing_token=QJUBNesqiBezayxUtYGYbdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MhHsl2rOfz5LBOZB9BYfZpHhTfNrs7vkYhUJiAx8ivqgteTiweWO6rwyKXOppKuaCPEw3zkBzltr7mUtSJrEfrfTDg4-s_mhYw2UlsPaL4T2dmgl-lZOW3GZVXvFox3aU=

Внутреннее ядро Земли представляет собой преимущественно твёрдый «шар» из сплавов железа и никеля. Оно сформировалось приблизительно 1-1.5 миллиарда лет назад и начало длительный процесс охлаждения и кристаллизации, который продолжается и до сих пор. За ним последовало и жидкое внешнее ядро — медленно затвердевая, оно становится частью внутреннего.

Наиболее активен этот процесс, как оказалось, в 2900 км под морем Банда в Индонезии: там формируется на 60% больше кристаллов железа, чем с противоположной стороны планеты (в Бразилии).

Однако бояться нечего. Несмотря на сотни миллионов лет асимметричного охлаждения и расширения, наше ядро в прекрасной форме: гравитация непрерывно перераспределяет избыток твёрдого материала. Более того, этот процесс гораздо важнее, чем кажется.

Новая модель предполагает, что внутреннее ядро Земли растет быстрее на восточной стороне (слева), чем на западе. Гравитация уравновешивает асимметричный рост, перемещая кристаллы железа к северному и южному полюсам (стрелки). Это приводит к тому, что длинная ось кристаллов железа располагается вдоль оси вращения планеты (пунктирная линия), что объясняет разное время прохождения сейсмических волн через внутреннее ядро.

Credit: Marine Lasbleis

Главный автор статьи, геофизик из Калифорнийского университета в Беркли Дэниел Фрост, шутит, что ему «постоянно приходится доказывать важность внутреннего ядра». Без него Земля осталась бы беззащитна перед солнечным ветром: охлаждение внутреннего ядра порождает конвекционные процессы во внешнем, которые, в свою очередь, являются источником энергии для магнитного поля нашей планеты.

Мы ещё не знаем, что вызвало эту асимметрию, но у Фроста есть одно предположение: в регионе, где охлаждение происходит быстрее, относительно холодные фрагменты тектонических плит погружаются в раскалённую мантию Земли, понижая её температуру: «Как будто кто-то бросает в неё кубики льда». За мантией охлаждаются внешнее, а затем и внутреннее ядра.

Хотя причины явления нам неизвестны, открытие может пролить свет на другую тайну: почему кристаллы железа во внутреннем ядре преимущественно ориентированы параллельно к оси вращения Земли?

Такую закономерность учёные обнаружили, изучая сейсмические волны: от Южного полюса к Северному они перемещаются быстрее, чем вдоль экватора. Это объясняют тем, что больше анизотропных кристаллов (скорость прохождения волн через них зависит от направления) расположены «вертикально», чем «горизонтально».

Сейсмические волны внутри Земли проходят быстрее от полюса к полюсу, чем вдоль экватора. Это объясняется особенностями расположения анизотропных кристаллов внутри земного ядра.

Credit: Daniel Frost

Авторы статьи предполагают, что причиной странного поведения кристаллов является как раз неравномерное затвердевание ядра. Как утверждает Фрост, в своём стремлении распределить массу равномерно гравитация формирует «потоки», и кристаллическая решётка поворачиваются по течению, как палочка в реке.

Модель была подтверждена экспериментальными данными: она правильно предсказала особенности передвижения сейсмических волн внутри Земли при условии выполнения некоторых предположений о химическом составе ядра; кроме того, она обеспечила учёных данными о его вязкости.

Источники: Astronomy.com, UC Berkley News

Используя информацию, полученную в результате изучения примерно десятка «марсотрясений», зарегистрированных при помощи сейсмометра Very Broad Band SEIS, международная команда исследователей миссии InSight НАСА выяснила внутреннее строение Марса. Три работы, опубликованные 23 июля в журнале Science, содержат новую информацию о размере ядра планеты, толщине ее коры и структуре мантии, исходя из анализа сейсмических волн, отраженных на границах раздела в недрах планеты и модифицированных ими. Эти исследования стали первым случаем сейсмического анализа внутренней структуры планеты земного типа, отличной от Земли, и важным шагом на пути к более глубокому пониманию формирования и тепловой эволюции Марса.

До отправки миссии InSight внутренняя структура Марса была недостаточно хорошо изучена. Модели базировались на данных, собранных при помощи орбитальных спутников, и на анализе марсианских метеоритов, упавших на Землю. Исходя лишь из гравитационных и топографических данных, ученые оценили, что толщина коры Марса составляет от 30 до 100 километров. Значения момента инерции планеты и плотности ее материала указывали на ядро радиусом от 1400 до 2000 километров. Подробная внутренняя структура Марса оставалась почти неизведанной.

Успешное обнаружение почти 600 сейсмических событий на Марсе при помощи зонда InSight позволило выделить более 60 событий, которые произошли достаточно далеко от зонда. Когда сейсмические волны от далеких «марсотрясений» проходят через недра планеты, их параметры меняются в зависимости от встретившихся препятствий, что позволяет оценить внутреннюю структуру планеты.

Полученные командой зонда InSight сейсмические данные позволили установить, что на глубине 10 километров под поверхностью находится первая граница раздела – граница между самым верхним слоем коры, подвергавшимся эрозии жидкой водой в древности, и менее эродированным слоем коры.

Вторая (на глубине 20 километров) и третья (35 километров) поверхности раздела свидетельствуют о слоистой структуре коры Марса.

Изучая мантию, исследователи установили, что тепловой поток из недр Марса примерно в 3-5 раз меньше, по сравнению с Землей, и это позволило наложить новые ограничения на состав коры Марса, которая содержит более половины от всего количества выделяющих тепло радиоактивных элементов вещества Красной планеты.

Наконец в третьем исследовании ученые смогли определить размер ядра, который составил, согласно этим уточненным данным, от 1790 до 1870 километров. Такой большой размер подразумевает присутствие легких элементов в жидком ядре и оказывает большое влияние на минералогический состав вещества мантии на поверхности раздела мантия / ядро, пояснили исследователи.

Поскольку к настоящему времени миссия InSight была продлена на два года, а кроме того, зонд получил дополнительную электрическую мощность за счет очистки солнечных панелей от пыли, выполненной Лабораторией реактивного движения НАСА, теперь станет возможным получение новых данных, которые помогут дополнить и уточнить эти модели, считают их авторы.

Привет :). О ядре нашей звезды.

(текст в соавторстве с И. Панченко)

В ядре вещество имеет очень высокую плотность под действием тяжести (сила тяжести на видимой поверхности Солнца в 28 раз больше земной).

Со всех - почти со всех - атомов в ядре «содраны» электроны. «Голые» ядра атомов очень тесно прижаты друг к другу — но при этом они не стоят на месте, а летают туда-сюда с огромными скоростями, поскольку вещество раскалено до температуры в 15–16 млн К, а кинетическая энергия частиц прямо пропорциональна температуре.

ДАЖЕ ПРИ ТАКОЙ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВО ЯДРА

НАХОДИТСЯ В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ

И ЕГО ПОВЕДЕНИЕ ПРЕКРАСНО ОПИСЫВАЕТСЯ

УРАВНЕНИЕМ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

А идеальный газ - это вещество, в котором взаимодействием частиц можно пренебречь! В отличие от металлов, например, где атомы сидят, крепко спаянные силами взаимодействия, притом создают упорядоченную структуру - кристаллическую решетку.

Небольшое отступление насчёт «теоретизирования». Конечно, представления о строении Солнца - модели строения Солнца - это теоретические модели. Но сегодня применительно к строению Солнца неверно говорить именно о чистой теории. Гелиосейсмология подтвердила и уточнила многие данные, многие предположения. Итого, то, что представлено в этих постах - правильнее было бы назвать не теорией, а достаточно высоко верифицированными данными.

Важно: никто и вправду никогда не спускался так глубоко, в ядро. И вряд ли спустится. Температура даже у поверхности Солнца — примерно 6 тыс. К. Сгоришь на подлёте! И градусник в Солнце никто не вставлял — расплавится, да ещё испарится. Температура, плотность и другие

физические параметры солнечного вещества оцениваются по наблюдениям спектров излучения поверхностных слоёв Солнца, и выводы делаются в соответствии с надёжными теоретическими моделями строения звезды, основанными на фундаментальных физических законах.

ПРОЦЕССЫ В ЯДРЕ.

Солнце на 98 % состоит из водорода и гелия. В ядре — в основном водород. Оставшиеся 2 % вещества Солнца из других его слоёв — это кислород (примерно 1 %) плюс ионы и атомы железа, никеля, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция, лития и хрома, в общем — почти вся таблица Менделеева.

Внутри ядра идут термоядерные реакции — в них рождается энергия Солнца. Очень упрощённо это можно представить так.

Дефект массы = 26,732 МэВ (это два гамма-кванта) + 0.5 МэВ (это два нейтрино)

На Землю попадает примерно одна двухмиллиардная часть энергии Солнца, испускаемой им по всем направлениям, но этого хватает, чтобы поддерживать на Земле жизнь. Даже та доля

энергии Солнца, которая всё же попадает на Землю, в сто тысяч раз больше, чем производит всё человечество за то же время (скажем, за секунду). На расстоянии 1 а. е. в ясный день

до земной поверхности доходит 1000 Вт/м², то есть над каждым квадратным метром Земли светит десять 100-ваттных ламп.

Энергия сохраняется и никуда не исчезает, только переходит из одного вида в другой. Есть разные виды энергии — механическая, тепловая, ядерная, электромагнитная. В ядре

Солнца ядерная энергия превращается в энергию ЭМ излучения и тепловую энергию хаотического движения частиц, а в конвективной зоне она частично трансформируется ещё

в механическую энергию перемещения больших масс газа, а также в энергию магнитного поля и энергию акустических и магнитогидродинамических колебаний. При этом, хотя при термоядерных реакциях выделяются только гамма-кванты и именно на них приходится максимум излучения при температуре 15 млн К, но они очень быстро отдают часть своей энергии на нагрев окружающей плазмы, и потому в ядре есть кванты, принадлежащие к рентгеновскому, ультрафиолетовому, оптическому, инфракрасному и радио-диапазонам. Как говорят астрофизики, «устанавливается тепловое равновесное распределение энергии излучения по частотам, которое описывается функцией Планка».

Что это значит, если попроще?

Это значит - если (теоретически) заглянуть в ядро, то там будет не темно. Там будет очень даже светло. И горячо. И радиоактивно.

Полная мощность Солнца — 4·10в23 степени киловатт. Это самая мощная печка в Солнечной системе. Каждую секунду на Солнце в энергию излучения превращается около 4,5 млн тонн вещества - водорода. Тем не менее, массы Солнца достаточно, чтобы такое расточительство продолжалось еще миллиарды лет.

Продолжение следует)