Готовый перевод Rebirth in 2014: The pinnacle of science and technology / Возрождение в 2014 году: вершина науки и техники: Глава 1309 Юйтяо соевое молоко и мантия Марса

Услышав это, все присутствующие в конференц-зале перевели на него взгляды.

Разница в напряженности магнитного поля между северным и южным полюсами Марса и есть проблема?

Что это значит?

Напряженность магнитного поля Земли на северном и южном полюсах различается главным образом потому, что магнитная ось Земли (линия, соединяющая магнитные полюса) не проходит через геометрический центр Земли, а имеет значительное смещение, а сам процесс генерации магнитного поля внутри Земли является неравномерным и асимметричным.

Общая ситуация на Марсе схожа с земной, что также означает, что разница в напряженности магнитного поля между северным и южным полюсами Марса является нормальным явлением.

А судя по экспериментальным данным, напряженность магнитного поля на северном полюсе Марса явно ниже, чем на южном, примерно на 0,02–0,03 гаусса, что, несомненно, соответствует модели, которую они ранее построили на основе данных зондирования.

В конференц-зале профессор Бернхард Фридрих из Института астрофизики Общества Макса Планка, глядя на данные имитационного эксперимента на экране, после некоторого раздумья задумчиво произнес.

«Вы хотите сказать, что разница в напряженности магнитного поля между северным и южным полюсами Марса слишком мала?»

Услышав это, другие ученые в конференц-зале снова замерли, в недоумении глядя на профессора Бернхарда Фридриха.

Однако Ханхард не обратил на них внимания, а лишь смотрел на Сюй Чуаня.

Он, вероятно, понял смысл слов Сюй Чуаня и причину, по которой напряженность магнитного поля Марса в имитационных экспериментах неизменно не достигала нужных показателей.

Если это действительно так, то все геологические, математические, структурные и прочие модели, построенные ими ранее на основе данных геологической разведки Марса, придется скорректировать.

Сидящий во главе стола Сюй Чуань слегка кивнул и произнес: Да.

Выждав паузу, он совершил несколько манипуляций с данными имитационного эксперимента на экране, вырезал часть ключевой информации, объединил ее на одной странице и заговорил.

Как и Земля, Марс обладает наклоном оси вращения, что означает, что его магнитная ось, то есть линия, соединяющая полюса магнитного поля, не проходит через геометрический центр всей планеты.

По сравнению с Землей угол наклона Марса больше, а значит, теоретически разница между напряженностью магнитного поля на северном и южном полюсах Марса должна быть существеннее.

Но взгляните на эти экспериментальные данные: по результатам пяти имитаций столкновений разница напряженности магнитного поля на полюсах Марса составляет всего около 0,02–0,05 Гаусса, что намного ниже теоретического значения и значительно меньше разницы между магнитными полюсами Земли.

Услышав это, присутствующие в конференц-зале посмотрели на данные эксперимента на экране. Как и сказал Сюй Чуань, максимальная разница в напряженности магнитного поля между северным и южным полюсами Марса составляла всего 0,05 Гаусса, достигая лишь обычного земного уровня.

При этом в норме угол наклона оси вращения Марса может достигать почти 40 градусов, что значительно превышает земные 23 градуса.

Таким образом, теоретически было бы логично, если бы разница напряженности магнитного поля на полюсах Марса составляла как минимум 0,06–0,1 Гаусса.

В конференц-зале поднял руку физик из Венгрии и произнес: Это лишь теоретическая ситуация. На самом деле в экспериментах по имитации столкновений наши геологические модели уже учитывали эти обстоятельства.

Были рассчитаны все факторы, включая угол наклона вращения Марса, неравномерную толщину коры в северном и южном полушариях, неоднородную конвекцию между мантией и ядром и так далее.

И итоговый эксперимент по столкновению также основывался на создании сбалансированного и стабильного глобального геомагнитного поля.

С учетом разного количества метеоритов, ударивших по северному и южному полушариям, и разной интенсивности энергии возникающих сейсмических волн, отклонение напряженности магнитного поля на полюсах Марса в пределах 0,02–0,05 Гаусса находится в разумных пределах.

Для мегапроекта, охватывающего 137 стран и объединяющего более ста тысяч ученых и инженеров, не будет преувеличением сказать, что любая возможная проблема или ситуация была рассмотрена еще до начала имитационных экспериментов.

Разница в напряженности магнитного поля на полюсах Марса — это и вовсе основа основ.

Сюй Чуань, выслушав выступление венгерского физика, серьезно кивнул и согласно произнес: Действительно, я проверял математическую и геологическую модели эксперимента по имитации столкновения. Если проводить расчеты по стандартам этих моделей, разница около 0,02–0,05 Гаусса укладывается в норму.

Однако...

С этими словами Сюй Чуань переключил изображение на экране и продолжил: Вы можете взглянуть на это.

Это... средний тепловой поток космического микроволнового фонового излучения?

Глядя на выведенное Сюй Чуанем изображение, физик из Венгрии с некоторым удивлением спросил: Но какое отношение это имеет к обсуждаемой нами теме?

Сюй Чуань улыбнулся и уверенно произнес: «Конечно!»

«В наших экспериментах по моделированию столкновений изучение неоднородности теплового потока космического микроволнового фонового излучения, вызванной падением астероидов и метеоритов, и использование ее в качестве статического граничного условия с характеристиками поперечного изменения в численных моделях для исследования влияния на магнитное поле ядра планеты является общепринятым и эффективным методом».

«В этом методе моделирования паттерн, интенсивность и степень снижения теплового потока космического микроволнового фонового излучения относительно среднего значения до столкновения определяются размером ударного тела. Эти значения точны и стабильны, что позволяет использовать их в качестве ключевых управляющих параметров для систематической корректировки и анализа».

«Однако, сравнивая данные о столкновениях из раннего проекта Юйсин с результатами экспериментов по моделированию, мы видим, что данные теплового потока космического микроволнового фонового излучения Марса имеют значительную разницу между северным и южным полушариями».

«Я провел несложные расчеты и обнаружил, что после исключения разницы в передаче энергии, вызванной различием в толщине коры между северным и южным полушариями Марса, значения крупных областей с низкой скоростью сдвига LLSVPs и неоднородности теплового потока в южном полушарии Марса почти на одну десятую выше, чем в северном».

«Это означает, что тепло, выделяемое при столкновениях, распределяется в мантии северного и южного полушарий неравномерно, что приводит к региональным различиям в тепловом потоке на границе ядро-мантия CMB».

«Такие неоднородные тепловые граничные условия ограничивают или искажают масштаб и паттерны конвекции жидкого металла внутри ядра, тем самым влияя на напряженность магнитного поля».

Выслушав объяснение Сюй Чуаня, сидевший сбоку профессор Бернхард Фридрих поправил очки на переносице, в его красно-коричневых глазах мелькнул интерес.

Он быстро заговорил: «То есть в мантии Марса может существовать нечто не обнаруженное нами, что способно мешать передаче энергии столкновения и влиять на скорость теплового потока на границе ядро-мантия?»

Сюй Чуань кивнул и сказал: «Я действительно склоняюсь именно к этому варианту».

Сделав паузу, он подключил свой ноутбук к проектору и открыл файл с отчетом.

«Прежде всего, мы можем четко определить, что "магнитное динамо" таких планет, как Земля и Марс, по сути представляет собой тепловую машину, приводимую в действие тепловыми граничными условиями в верхней и нижней частях их ядер».

«Когда температура у основания ядра значительно выше, чем в верхней части, флюид внизу расширяется при нагреве, его плотность уменьшается, и он поднимается, в то время как более холодный флюид сверху опускается из-за высокой плотности, образуя петли тепловой конвекции».

«В процессе подъема и опускания флюида из-за силы Кориолиса вращения планеты траектория его движения отклоняется и подвергается сдвигу, в результате чего кинетическая энергия преобразуется в магнитную».

«В связи с этим мы можем формально описать этот процесс с помощью уравнений магнитной гидродинамики МГД».

«А именно: ρ(∂u/∂t + (u · ∇)u) = -∇p + ρν∇²u + ρ′g + 2ρ(u × Ω)».

«Его ключевое граничное условие: на границе ядро-мантия CMB r=r cmb граничные условия контролируются мантией и представляют собой типичное неоднородное условие для теплового потока».

«...»

«В сочетании с вышеупомянутой математической базой влияние неоднородного теплового потока на CMB можно резюмировать следующим образом: равномерный тепловой поток порождает крупномасштабную общепланетарную столбчатую конвекцию под влиянием силы Кориолиса».

«В то время как неоднородный тепловой поток, например, сильное охлаждение в южном полушарии и слабое в северном, нарушает эту симметрию, порождая более мелкомасштабные и локализованные восходящие и нисходящие потоки. Эти локальные конвективные ячейки мешают друг другу, и суммарным эффектом становится внутреннее гашение, не позволяющее сформироваться единому и мощному глобальному дипольному полю».

— Поэтому теоретически, даже если суммарной подводимой энергии от 3500 метеоритов достаточно, из-за врожденной северо-южной асимметрии мантии Марса эта энергия при передаче к CMB преобразуется в крайне неравномерное распределение теплового потока q(θ, φ).

Сидя за столом переговоров и глядя на отчетные документы, представленные Сюй Чуанем, профессор Бернхард Фридрих чувствовал, как его удивление становится все сильнее.

Он глубоко вздохнул и произнес: — Это действительно невероятно. Если ваша теория верна, то внутреннее строение Марса, по крайней мере его мантия, не является однородно-слоистым.

— Она, скорее, похожа на... — задумавшись на мгновение, профессор Бернхард вспомнил о своем завтраке и подобрал сравнение: — Она, скорее, похожа на несколько кусков разорванного ютяо, замоченных в миске с соевым молоком.

— Эффективность передачи и энергетические уровни энергии, возникающей при столкновении с астероидами и метеоритами, будут совершенно разными при прохождении через жидкое соевое молоко и твердый ютяо.

— Если это так, то это действительно объясняет, почему в наших экспериментах по моделированию столкновений возникли проблемы.

Хотя Сюй Чуань был несколько удивлен метафорой профессора Бернхарда про ютяо и соевое молоко, он все же с улыбкой кивнул.

— Да! Поэтому далее я планирую провести реальный эксперимент по столкновению с астероидом, чтобы дополнительно исследовать и изучить состояние мантии Марса.

— Верна ли моя теория, зависит от предстоящего эксперимента по столкновению!

Сидя за столом, профессор Бернхард Фридрих затряс своей густой бородой и с надеждой в голосе произнес: — Скорее начинайте, этот вопрос мучает нас уже очень давно!

Сюй Чуань улыбнулся: — Конечно, я жду этого даже больше, чем вы!

http://tl.rulate.ru/book/130370/9575316