正如雪晶在高层大气中形成,然后落到较低、较温暖的高度并融化一样,科学家相信,在一些行星体的熔融铁芯中也会发生一种称为铁雪的现象。地核-地幔边界附近的冷却会产生铁晶体,当铁晶体更深地落入炽热的地核时就会熔化。这种运动可能会在一些较小的天体(如水星和木星的卫星木卫三)中产生磁场,但其动力学尚不清楚。

铁雪的潮起潮落可能会导致磁场的变化

在一项史无前例的实验中,LudovicHuguet和一个研究小组在实验室中使用水冰模拟了铁雪,发现了晶体形成和不活动的独特循环。推断到行星体,这些发现可能意味着行星磁场随着发电机的开启和关闭而周期性地出现和消失。

研究人员的简单实验装置包括一罐从下方冷却的水,底部有一层盐水以防止冰晶粘附。当下层淡水冷却时,它们会产生冰晶,冰晶向上漂浮,一旦到达较温暖的水域就会融化。这产生了翻转流,加上晶体形成产生的潜热,最终使下层水变暖并阻止了冰晶的形成。当水再次充分冷却时,该过程重新开始。

研究人员发现,在他们的实验中,这些晶体形成的“爆发”大约每1,400秒重复一次。该速率由冷却层中的热扩散控制,可能由于晶体成核的异质性而存在一些变化。

他们的模型表明,具有铁水核心的行星体可能会经历类似的铁雪形成爆发,从而在铁水中产生内部流体流动,驱动周期性发电机产生行星磁场。因此,磁场可能以半规则的间隔在这些物体中出现和消失。

作者指出,关于这一过程的几个问题仍然存在,包括晶体形成所需的过冷程度、铁雪颗粒如何集体移动,以及这些运动如何影响核心内的大规模流动。