Может ли планета иметь ядро ​​из чего-то другого, кроме железа?

Ответ зависит от того, каков ваш вопрос на самом деле.

Могли бы вы теоретически построить магнитную планету, используя ядро, материал которого отличается от железа? Да

Никель и кобальт похожи на железо по своим электрическим, магнитным и физическим свойствам, и оба они немного плотнее железа.

Могут ли такие планеты земной группы образоваться естественным путем? Нет

Основываясь на стандартных моделях звездного ядерного синтеза и формирования планет, ни кобальт, ни никель не существуют в достаточном количестве, чтобы стать доминирующим материалом в планетарном ядре. Хотя никель образуется в значительном количестве в сверхгигантских звездах, никель нестабилен и распадается на железо. Не весь никель в звездных синтезах распадается на железо, хотя считается, что большая часть никеля, если не большая часть, получена из обломков сверхновых. Сверхновые звезды являются признанным источником практически всех тяжелых элементов после железа. Но массовые доли все относительно невелики.

Обратите внимание, что считается, что ядро ​​​​Земли состоит в основном из железа, но со значительной долей никеля (возможно, 5%).

Я знаю, что при нормальной температуре электромагнит обычно использует ферромагнитный сердечник для усиления магнитного поля. Я также знаю, что температура ядра Земли, как ожидается, намного превысит температуру Кюри железа, никеля и кобальта, так что это не обычный вариант. Но также сообщается, что температура Кюри зависит от давления и что она увеличивается с давлением, но мне не удалось найти температуру Кюри для материала, находящегося под внутренним давлением. Учитывая, что магнитное поле Земли, как считается, возникает из-за потока жидкого железа вне внутреннего ядра, я ожидаю, что внутреннее ядро ​​все еще будет намного выше температуры Кюри в любой конфигурации, способной генерировать магнитное поле, но на самом деле я не мог подтвердите это.

Я не предполагаю, что температура ядра планеты земной группы должна соответствовать температуре Земли (на ней может быть меньше радиоактивности и т. д.), но я ожидаю, что давление будет таким же, учитывая аналогичный размер планеты. Следует также отметить, что детали магнитного поля Земли плохо изучены, что не должно удивлять, учитывая, что мы не можем фактически наблюдать условия в ядре.

Мы знаем только три типа планет: скалистые, газовые гиганты и ледяные планеты. Земля имеет самое сильное магнитное поле среди каменистых планет. Все газовые гиганты имеют гораздо более сильные поля с точки зрения общей напряженности поля, тогда как ледяной Плутон (бывшая планета) не имеет магнитного поля.

Вопрос ссылается на предыдущий вопрос, который явно ограничивает интерес к землеподобным планетам, поскольку они населены людьми. Но считается, что у Юпитера есть магнитное ядро ​​из-за потока жидкого металлического водорода.

Но для землеподобных планет единственным разумным естественным магнитным ядром является железо; у него есть требования к изобилию и плотности. Магний (в основном в виде оксидов) считается вторым наиболее распространенным металлом на Земле - в основном в мантии - но в ядре он в значительной степени исключен из-за значительно более плотного железа. Также относительно распространенные металлы, алюминий и кальций, слишком легкие, чтобы существовать в изобилии в ядре.

Проблема с наличием магнетита в качестве ядра планеты, похожей на Землю, заключается в давлении и связанной с ним температуре, которых может достичь ядро. Магнетит ($\text{Fe}_{3}\text{O}_{4}$) разрушается при очень высоких давлениях и температурах (800°С и 10-11ГПа) в другую фазу,$\text{Fe}_{4}\text{O}_{5}$, который так же магнитен, как магнетит. Однако давление в ядре Земли составляет более 300 ГПа, а температура может достигать 5000°C. Я не видел каких-либо надлежащих исследований магнетита в этих условиях, но можно с уверенностью предположить, что доведение его до таких температур приведет либо к образованию совершенно новых фаз с другими магнитными свойствами, либо просто к плавлению оксида.

Причина того, что ядро ​​Земли состоит из железа (а также элементов группы никеля, золота и платины), заключается в том, что эти элементы являются одними из самых тяжелых элементов, присутствующих при формировании планеты, и преимущественно растворяются в расплавленном железе (сидерофильные элементы). Таким образом, когда планета только что образовалась из пылевого диска вокруг Солнца, эти элементы погрузились в ядро, потому что они были более плотными, чем окружающий материал. Итак, чтобы ответить на ваш первый вопрос, чем бы ни было ядро ​​вашей планеты, оно должно быть самым плотным, что было там, когда оно сформировалось, если предположить, что ваша планета сформировалась так же, как Земля.

Возможными кандидатами на роль магнитного планетарного ядра являются

• Те материалы, которые достаточно тяжелы, чтобы погрузиться в центр планеты во время формирования.
• Те материалы, которых достаточно много (вероятно, те, которые могут быть получены путем обычного нуклеосинтеза в звездах).
• Те, которые могут генерировать магнитное поле (имеются в виду либо ферромагнитные, либо электропроводящие).

Следует отметить, что железо является самым тяжелым элементом, который может быть получен в результате обычного ядерного синтеза в звездах. Слияние, которое создает более тяжелые элементы, не высвобождает энергию, и поэтому звезды вряд ли будут их производить. Следовательно, вероятные материалы ядра планеты, вероятно, находятся ниже железа в периодической таблице.

Кроме того, элементы с нечетными атомными массами обычно гораздо менее распространены во Вселенной.

Судя по их распространенности во Вселенной, C, Si, S, скорее всего, образуют основную часть планеты, но ни один из них не является магнитным.

Никель - еще один возможный выбор для сердечника, он обладает магнитными свойствами, но его гораздо меньше, чем железа.

Большинство материалов не сохраняют никакого магнетизма после того, как преодолеют температуру Кюри.
Для железа температура Кюри составляет 1043 Кельвина
. Для никеля температура Кюри составляет 627 Кельвинов.

Если в расплавленном металлическом сердечнике возникает магнитное поле, то оно, скорее всего, связано с циркулирующими электрическими токами в металле, а не с постоянным магнетизмом. В этом случае, вероятно, подойдет любой проводящий металл. Алюминий — третий по распространенности элемент на Земле, и он очень хорошо проводит электричество, так что это разумный выбор.