Come funzionano i campi magnetici planetari

Sulla Terra permette lo sviluppo della vita, su Marte c’era ma oggi non c’è più. In che modo si possono formare i campi magnetici planetari?

Secondo i migliori modelli attualmente a disposizione, il meccanismo base che permette la formazione di campi magnetici planetari è quello di Dinamo Planetaria. Una dinamo è in generale qualunque processo in grado di trasformare energia meccanica in energia elettrica. Pensiamo ad esempio alle dinamo delle biciclette che producono energia elettrica a partire dall’energia meccanica della rotazione della ruota. Ma questo cosa ha a che fare con i campi magnetici planetari?

Come funzionano le dinamo planetarie

Per la formazione di una dinamo planetaria, sono essenziali tre elementi fondamentali:

  • Un fluido conduttore all’interno del corpo;
  • Un meccanismo che permetta i moti convettivi all’interno di questo fluido;
  • Una vigorosa rotazione planetaria;

Se prendiamo il caso terrestre, vediamo come tutti e tre questi requisiti siano rispettati.

La struttura interna terrestre prevede un un nucleo interno solido attorno al quale si trova il nucleo esterno, uno spesso strato di liquido conduttore composto perlopiù di Ferro e suoi composti.

La Terra, fin dal tempo della sua formazione, si sta piano piano raffreddando come tutti i pianeti. Tuttavia questo raffreddamento avviene attraverso la superficie, e ciò significa che la parte esterna della Terra si raffredda molto più velocemente di quella interna. La differenza di temperatura tra il nucleo e la superficie fa sì che si generino dei moti convettivi all’interno del nucleo esterno, così come avviene in una pentola d’acqua nel momento in cui il fondo è a contatto diretto col fornello e la superficie con l’aria più fredda.

La rotazione terrestre è poi sufficientemente vigorosa da far sì che ogni bolla di fluido che dall’interno si muove verso l’esterno venga curvata durante il suo moto, seguendo la rotazione terrestre a causa della forza di Coriolis (la forza che si ha nel momento in cui il moto avviene su un sistema di riferimento che ruota). Il risultato è che le bolle, ruotando, generano come delle spirali all’interno del fluido allineate con l’asse di rotazione terrestre.

Rappresentazione grafica della formazione delle colonne di Taylor, le spirali formate dalle bolle in rotazione per effetto della forza di Coriolis. Credits: wikimedia

Ma a causa delle elevate temperature, le bolle di fluido sono anche cariche elettricamente. E cosa succede se mettiamo delle cariche elettriche in movimento? Si genera un campo magnetico, come ci insegna la teoria dell’elettromagnetismo.

Una rappresentazione delle spirali nel nucleo esterno. Credits: wikimedia

Ed è proprio così che si pensa si possano formare i campi magnetici planetari, per quanto poi esistano altri fenomeni che ne modifichino le proprietà (ad esempio le proprietà magnetiche delle rocce sulla superficie, o la presenza di satelliti all’interno del campo magnetico, o l’azione del campo magnetico solare).

Le dinamo del Sistema Solare

Non tutti i pianeti possiedono campi magnetici, come mai? Marte è molto piccolo, e ciò significa che si è potuto raffreddare molto più velocemente rispetto alla Terra dalla formazione del Sistema Solare. Ne consegue che probabilmente i moti convettivi al suo interno non ci sono o sono troppo deboli. Venere ruota molto lentamente, e ciò implica che le bolle di convezione possono tornare al proprio equilibrio durante il moto, che non è quindi intenso a sufficienza da produrre una dinamo.

Nei giganti gassosi, le condizioni di temperatura e pressione sembrano essere sufficienti a generare uno spesso strato di idrogeno metallico, ossia uno strato di atomi idrogeno compressi e ionizzati (privati della loro unica carica). Quest’idrogeno ionizzato può svolgere la stessa funzione del nucleo esterno, inducendo il campo magnetico per effetto dinamo.

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