נוסח השאלה המקורי: מעולם לא שמעתי על קשר בין שדה אלקטרומגנטי לשדה הכבידה של פלנטה.האם אני טועה?
בתשובה זו נדון בקשר שבין השדה המגנטי של כוכב לכת לבין מסתו. כאשר אנו מדברים על מסת הכוכב אנו מתכוונים לשדה הכבידה שלו.
למעשה, לכוכבי לכת אין מגנט ענק בקליפתם, אז איך ישנן פלנטות שמצליחות ליצור שדה מגנטי?
אנו יודעים כי שדה מגנטי יכול להיווצר כתוצאה מתנועה של מטענים חשמליים. תאוריית הדינמו גורסת שהשדה המגנטי נוצר כתוצאה מסחרור של חומר נוזלי מוליך בתוך הפלנטה. החומר לא חייב להיות מתכתי. לדוגמא, בצדק ושבתאי ישנה כמות גדולה של מימן שהוא נדחס כלכך עד שהוא הופך נוזלי.
חלק ממימן נוזלי זה הוא במצב שבו חלק מהאלקטרונים השתחררו והם חופשיים לנוע. החומרים המוליכים הנוזליים בפנים כוכב הלכת יכולים להסתחרר אם הפלנטה מסתובבת סביב עצמה במהירות די גבוהה. אם פנים הפלנטה הופך למוצק או אם סיבוב הפלנטה נהיה חלש יותר, השדה המגנטי יחלש.
על כן, באופן כללי, על מנת שכוכב-לכת יוכל ליצור לעצמו שדה מגנטי חזק מה שצריך זה נוזל מוליך בליבת הפלנטה וסיבוב די מהיר של הפלנטה סביב עצמה (בכדי שהנוזל המוליך בליבה יסתובב).
הארץ מסתובבת סביב צירה, ועקב כך מופעל כוח קוריוליס על הברזל והניקל הנוזליים שמצויים בגלעין החיצוני הנוזלי של הארץ. מתכות נוזליות אלה נעות סביב ציר הסיבוב של כדור הארץ.
על פי תאוריית הדינמו השדה המגנטי נוצר עקב סיבוב הפלנטה סביב עצמה ובשל נוזלים מתכתיים בליבת הפלנטה.
לכל כוכב לכת במערכת השמש שלנו יש קצב סיבוב (סביב צירו) יחודי לו. הדבר תלוי בכמות התנע שכוכב הלכת רכש במהלך היווצרותו. אסטרואיד ענקי שיתנגש בכוכב הלכת יכול בהחלט להאט את סיבובו. דבר נוסף, מסת כוכב הלכת עוזרת לשמור על סיבוב הכוכב סביב עצמו. בדרך כלל, לפלנטות גדולות יש מהירות סיבוב גדולה יותר מאשר פלנטות קטנות. ירחים יכולים אף הם להשפיע על מהירות הסיבוב של פלנטה סביב עצמה. לדוגמא, הירח שלנו, לאט לאט, מאט את סיבוב הארץ סביב עצמה. לפני מליוני שנה יום על כדור הארץ היה (אולי) קצר יותר; אורך יום של כ 15-20 שעות. ישנם גם גורמים נוספים אשר יכולים להשפיע על קצב מהירות הפלנטה סביב צירה: תצורת ההתפלגות האחידה של החומר בכוכב, האם יש בו ימים ואוקינוסים וכו'...
עם כל הנאמר כאן חשוב להדגיש: מחזור הסיבוב של כוכב לכת אינו אמור להיות תלוי במסתו!!!
ניתוח תאורטי של היווצרות כוכבי הלכת במערכת השמש (מערכת השמש נוצרה כתוצאה מקריסה כבידתית של ענן גזים) מראה לנו שזמן המחזור של סיבוב כוכב הלכת סביב עצמו אינו אמור להיות תלוי במסת אותו כוכב לכת. כמובן שאמפירית, אין זה בדיוק נכון. לצדק יש מסה פי 3000 מזו של מאדים עם זמני מחזור של 9.84 שעות עבור צדק ו 24.6 שעות עבור מאדים. אולם ככלל, במערכת השמש שלנו כוכבי הלכת המסיביים יותר, מסתובבים מהר יותר סביב עצמם.
במערכת השמש שלנו, ישנם 7 כוכבי לכת שהם בעלי שדה מגנטי: צדק, שבתאי, אורנוס, נפטון, ארץ, חמה וגנימד (שהוא הירח הגדול ביותר של כוכב הלכת צדק והירח הגדול ביותר במערכת השמש).
אמפירית, אנו רואים שככל שמסת כוכב הלכת גדולה יותר כך גם השדה המגנטי שלו. אם אנו מסתמכים על תאורית הדינמו, אזי אם מסת הפלנטה תגדל, הזרם החשמלי, שיוצר את השדה המגנטי, גם הוא יגדל. מצב זה הינו קוהרנטי שכן, כשהמסה גדלה, אנו מצפים שכמות החומר המוליך בליבת הכוכב תגדל אף היא כך שהזרם החשמלי יהיה גדול יותר וכתוצאה מכך גם השדה המגנטי שיווצר. יחד עם זאת חשוב להדגיש שהיווצרות השדה המגנטי אינה תלויה רק במסה. לדוגמא בנוגה, בהתחשב במסתו, המומנט המגנטי שלו אמור להיות בערך כמו זה של הארץ. אולם במציאות, המומנט המגנטי של נוגה הוא או שלא קיים או שהוא חלש עד מאוד. מכאן אנו מסיקים שעל אף שמסת כוכבי הלכת משמעותית היא לא הגורם העיקרי שמשפיע ביצירתו של השדה המגנטי.
חשוב גם לציין, שהיווצרותו של השדה המגנטי אינה תלויה רק במהירות סיבוב של כוכב הלכת סביב עצמו. לדוגמא, עבור מאדים, בהסתמך על מהירות סיבובו סביב צירו, אנו אמורים לצפות שהשדה המגנטי שלו יהיה בערך כמו של הארץ. אולם במציאות, השדה של מאדים חלש מאוד אם בכלל קיים. ועל כן גם מהירות סיבוב כוכב הלכת סביב עצמו אינה הגורם היחיד שמשפיע על השדה המגנטי.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
