Ядро Ганимеда формируется до сих пор — это объясняет его магнитное поле

Ганимед — единственная луна в Солнечной системе, обладающая активным магнитным динамо. Новое исследование предлагает неожиданное объяснение: металлическое ядро спутника Юпитера может формироваться прямо сейчас, а не образовалось миллиарды лет назад.

Ганимед — крупнейшая луна Юпитера — уникален среди всех спутников планет: только у него обнаружено собственное магнитное поле, порождаемое внутренним динамо-механизмом. Раньше считалось, что это поле возникает за счёт конвекции в полностью сформировавшемся металлическом ядре, которое должно было появиться ещё вскоре после рождения Солнечной системы. Однако проблема в том, что Ганимед, скорее всего, аккрецировал слишком холодным, чтобы его недра сразу же расплавились и расслоились на силикатную мантию и железное ядро.

Международная группа исследователей пересмотрела тепловую эволюцию Ганимеда, исходя из предположения о «холодном старте» — когда изначально лёд, силикаты и металлы были перемешаны. Моделирование показало, что постепенный разогрев недр за счёт радиоактивного распада (в том числе долгоживущих изотопов урана и тория) и приливных сил может растянуть процесс формирования ядра на миллиарды лет. В этом сценарии металлическое ядро не образуется мгновенно, а нарастает медленно, по мере того как расплав железа и сульфида железа (Fe-FeS) просачивается через силикатную мантию к центру.

Ключевой элемент модели — состав ядра. Если сплав Fe-FeS имеет субэвтектическую концентрацию серы (то есть серы меньше, чем в эвтектической точке), то при плавлении сначала расходуется весь сульфид, а затем начинает плавиться чистое железо. Плотность расплава при этом растёт, и он опускается вниз, пополняя растущее протоядро. Этот процесс генерирует конвективные течения, которые и поддерживают магнитное динамо. Расчёты показывают, что магнитное число Рейнольдса (Rem) для такого режима превышает критическое значение (около 40) на протяжении всей истории спутника.

Авторы работы провели детальный анализ чувствительности модели к шести параметрам: времени аккреции, начальному содержанию воды в силикатах, прошлому приливному разогреву, выщелачиванию калия-40, а также доле железа и серы в исходной смеси. Оказалось, что наиболее важны факторы, ускоряющие ранний разогрев: ранняя аккреция (больше ²⁶Al), высокая гидратация силикатов и ограниченный приливный разогрев (не более 10¹¹ Вт). Слишком сильное приливное тепло (выше 10¹² Вт) приводит к перегреву и быстрому завершению формирования ядра, что убивает динамо в наши дни.

Модель естественным образом объясняет, почему две другие галилеевы луны не имеют активного динамо. Европа, вероятно, пережила более бурный разогрев — из-за более ранней аккреции, меньшей гидратации и гораздо более интенсивного приливного нагрева (оценки дают до ~10¹³ Вт). Это ускорило формирование её ядра, и теперь оно либо слишком мало для генерации поля, либо остыло и затвердело. Каллисто, напротив, эволюционировала по более холодному пути: поздняя аккреция, усиленное выщелачивание калия, большая доля льда и меньший размер — все эти факторы могли полностью предотвратить плавление Fe-FeS, оставив луну без металлического ядра.

Если выводы подтвердятся, это станет первым примером современного формирования металлического ядра в твёрдом теле Солнечной системы. Обычно ядра планет и астероидов образуются в первые десятки-сотни миллионов лет. Ганимед же показывает, что при определённых условиях дифференциация может быть растянутой и продолжаться миллиарды лет. Это открытие меняет представления о тепловой эволюции ледяных спутников и о том, как долго в них могут существовать условия для генерации магнитного поля. Будущие миссии к Юпитеру (например, JUICE) смогут проверить модель, измерив гравитационное поле и вариации магнитного поля Ганимеда с высоким разрешением.