Planety jako magnety aneb Kde se bere tajemná magnetosféra? (2.)

Obří planety obklopují také obří magnetosféry. V nitrech těchto členů Sluneční soustavy se nacházejí silné vrstvy vodíku o vysoké teplotě a tlaku, který vykazuje vlastnosti kovů. Mluvíme o tzv. kovovém vodíku a uvnitř plynných obrů plní stejnou úlohu jako tavenina v nitrech planet zemského typu. Konvektivní pohyby jsou v tomto případě rychlé, navíc všechny obří planety rychle rotují, a to diferenciálně podobně jako Slunce – mají tak optimální podmínky pro vznik magnetického pole. 

Předchozí část: Planety jako magnety aneb Kde se bere tajemná magnetosféra? (1.)

Obří magnetosféra Jupitera

Magnetosféra Jupitera je vůbec největším kompaktním objektem v našem solárním systému. Na straně přivrácené Slunci se vypíná do vzdálenosti sedmi milionů kilometrů, na opačné straně dosahuje až k dráze Saturnu. Její celkový tvar tedy stejně jako u Země ovlivňuje sluneční vítr. O existenci magnetického pole Jupitera víme od 50. let minulého století z rádiových pozorování a přímo na místě jej potvrdila sonda Pioneer 10 v roce 1973. 

Magnetosféra Jupitera sice svým rozvrstvením připomíná tu zemskou, ale její vnitřní části se přece jen liší. Důležitý rozdíl tkví v aktivitě sopečného měsíce Io, který je silným zdrojem plazmatu, především iontů kyslíku a síry – každou sekundu vyvrhuje do okolí až tunu materiálu. Nabité částice z vulkanických erupcí se vymaňují z dosahu gravitace tohoto přirozeného satelitu a plní plazmový torus, jenž planetu obepíná. Torus je nucen otáčet se stejně rychle jako samotný Jupiter, tedy korotovat, a představuje důležitý faktor ovlivňující dynamiku v magnetosféře tělesa. Nabité částice z něj pomalu unikají v radiálním směru, přičemž korotaci zachovávají až do vzdálenosti asi dvaceti poloměrů planety. 

V magnetosféře plynného obra dochází k významné separaci nábojů tzv. Lorentzovou silou, přičemž elektrony se odsouvají k pólům a kladně nabité ionty jsou tlačeny k rovníku. Vznikají tak mohutné elektrické proudy, které se uzavírají přes vodivé nitro planety. Nejsilnější z nich pronikají do atmosféry asi 16° od pólů, kde se srážejí s neutrálními prvky a vyvolávají neustálé polární záře. Kromě aurorálního oválu však na Jupiteru pozorujeme i aurorální skvrny v místech průniku magnetických siločar, které prošly poblíž některého z velkých měsíců. Nejjasnější je přirozeně aurorální skvrna pocházející od Io, neboť jeho interakce s magnetosférou planety je nejsilnější. Magnetosféra plynného obra je natolik kompaktní, že ji jen málo ovlivňují vrtochy slunečního větru, a v čase se tak prakticky nemění.

Podivné chování ledových planet

Vše, co jsme uvedli o magnetosféře Jupitera, lze s mírnými úpravami aplikovat i na Saturn. Plejádu pochodů doplňují v jeho případě prstence, které absorbují podstatnou část plazmatu v okolí, a vnitřní magnetosféra až do vzdálenosti asi tří poloměrů planety tak prakticky neobsahuje nabité částice. Roli měsíce Io – přirozeně v menším měřítku – hraje Enceladus: tryská z něj v gejzírech vodní pára, jež se působením ultrafialového záření rozpadá na vodík a kyslík, které se okamžitě ionizují. Plazmový torus se nachází ve výšce 3–6 poloměrů planety. Vzhledem k tomu, že je magnetosféra Saturnu slabší než v případě Jupitera, ovlivňuje ji proměnnost slunečního větru, což se projevuje například variabilní viditelností polárních září. 

Zajímavé jsou magnetosféry Uranu a Neptunu. Do příletu sondy Voyager 2 v roce 1986, respektive 1989 neměli astronomové možnost existenci jejich magnetických polí prokázat ani vyvrátit. Na základě analogie s Jupiterem a Saturnem očekávali, že i tyto planety budou mít silná dipólová pole a že v případě Uranu bude jeho orientace vzhledem ke značnému sklonu rotační osy srovnána s prouděním slunečního větru (připomeňme, že tento sklon činí 97°, a že tedy rotační osa planety leží téměř v rovině jejího oběhu). Po příletu družice se však vědci nestačili divit. 

Měření Voyageru totiž prokázala, že pole Uranu nepochází ze samotného jádra planety a že jeho orientace je velmi zvláštní – odklání se téměř o 60° od rotační osy a navíc se osa magnetického dipólu posunula od středu planety asi o třetinu jejího poloměru. Konfigurace magnetosféry je tak vysoce nesymetrická a intenzita magnetického pole na „povrchu“ Uranu se mění až o řád, přičemž na severní polokouli je pole silnější než na jižní. Magnetosféra Neptunu pak vypadá velmi podobně. 

Vědci si nejsou příčinou tohoto podivného stavu jisti a mají dvě hypotézy. Jednak je možné, že magnetické pole ledových obrů nevzniká v jejich jádře, ale spíše v relativně mělkých vrstvách, kde se nachází horká tekutá směs amoniaku a vody. Ta je elektricky vodivá a zřejmě v ní probíhá termální konvekce. Podle druhé teorie vzniká magnetismus těchto planet v jádře jako dipól, ale pohyby vodivé tekutiny v hlubokých vrstvách (podle některých modelů se jedná o tekuté diamanty) ho mění do podoby naměřené i sondami. Ve větších vzdálenostech však magnetosféry Uranu a Neptunu připomínají magnetosféru Země či Jupitera, protaženou na noční stranu tlakem slunečního větru. 

A co komety?

Možná to zní překvapivě, ale magnetosféry vznikají i kolem malých těles, například komet. V jejich jádrech samozřejmě nemůže fungovat dynamo, ovšem jakmile se vytvoří kometární koma, ionizují se uniklé částice ultrafialovým zářením od Slunce a získají elektrický náboj. A od nabitých částic je už jen krůček k indukci magnetického pole.

TIP: Jak dlouho trvá jeden den na různých planetách Sluneční soustavy?

Komety tedy obklopuje indukovaná magnetosféra neboli plazmosféra. Zmíněná tělesa se meziplanetárním prostředím pohybují nadzvukovou rychlostí, v důsledku interakce se slunečním větrem se plazmosféra protahuje a formuje se plazmový ohon. Je zajímavé, že v magnetosférách komet dochází i k přepojení siločar, při němž vlasatice často přijdou o značnou část svého chvostu. Nejznámější událost tohoto typu se odehrála 20. dubna 2007, kdy přilétající výron koronální hmoty zcela odpojil plazmový ohon komety Encke. 

Na tomto místě je třeba dodat, že i již zmíněná Venuše má svoji magnetosféru. Nevzniká však v nitru planety, ale interakcí slunečního větru s její atmosférou – stejně jako u komet. 

Polární záře