Wie gebe ich meinem Planeten ein stärkeres Magnetfeld? Mit Variablen spielen

Wie erzeugt der Erdkern ein Magnetfeld?

https://www.usgs.gov/faqs/how-does-earths-core-generate-a-magnet-field?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products

Der äußere Kern der Erde befindet sich infolge radioaktiver Erwärmung und chemischer Differenzierung in einem Zustand turbulenter Konvektion. Dies setzt einen Prozess in Gang, der ein bisschen wie ein natürlich vorkommender elektrischer Generator ist, bei dem die konvektive kinetische Energie in elektrische und magnetische Energie umgewandelt wird. Grundsätzlich induziert die Bewegung des elektrisch leitenden Eisens in Gegenwart des Erdmagnetfelds elektrische Ströme. Diese elektrischen Ströme erzeugen ihr eigenes Magnetfeld, und als Ergebnis dieser internen Rückkopplung ist der Prozess selbsterhaltend, solange eine ausreichende Energiequelle vorhanden ist, um die Konvektion aufrechtzuerhalten.

Es wird angenommen, dass der größte Teil der Energie aus dem radioaktiven Zerfall von Elementen im Kern stammt: radioaktives Kalium, Thorium und Uran. Erhöhen Sie die Mengen dieser Elemente und Sie erhöhen die Wärmeerzeugung.

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Der Widerstand steigt mit der Temperatur in Metallen. Sie könnten erwägen, Ihrem Planeten einen nichtmetallischen Kern zu geben, in dem Temperaturerhöhungen die Leitfähigkeit verbessern oder zumindest nicht verringern würden. Vielleicht ein Planet mit einem überkritischen Salzwasserkern? Oder ein Kern aus geschmolzenem Salz? Diese wären groß, heiß und nicht so dicht wie Metall. Und auch toll.

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Beantworten Sie den Kommentar mit einem Beispiel für einen Ozeanplaneten - wie wäre es mit Ganymed?

https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_planet

Ganymed ist ein Mond mit planetarischen Bestrebungen, einem kolossalen Salzwasserozean und einem schönen Magnetfeld, von dem ich hier behaupte, dass es durch elektrische Ströme erzeugt wird, die in seinem erhitzten inneren Ozean gebildet werden.

Und obenauf gibt es Eis, auf dem Ihre Tiere Schlittschuh laufen können.

Ich denke, Ihre Ideen sind meistens genau richtig. Auf Anhieb können Sie die Rotationsrate, die Kerndichte, die Kerngröße oder die Planetengröße erhöhen.

Am Kernrand hat das Magnetfeld eine Größenordnung von ca

$$B_{\text{core}}\sim\sqrt{\frac{\rho\Omega}{\sigma}}$$ Wo$\rho$ist die Dichte,$\Omega$ist die Rotationsgeschwindigkeit und$\sigma$ist die elektrische Leitfähigkeit. Das halte ich für unwahrscheinlich$\sigma$stark verändert werden, es sei denn, die Zusammensetzung des Kerns würde sich drastisch ändern, aber sowohl die Dichte als auch die Winkelgeschwindigkeit könnten erhöht werden. Die Kerndichte würde vermutlich mit der Masse des Planeten skalieren, da er unter größerem Druck stehen würde, und die Rotationsrate könnte sehr leicht durch eine frühzeitige Kollision mit einem anderen Körper erhöht werden. (Dies setzt voraus, dass die Rotation des Kerns an die Rotation des Planeten selbst gekoppelt ist – keine unrealistische Annahme.)

Gemäß der Dynamotheorie skaliert ein Dipol-Magnetfeld wie ein umgekehrter Würfel; auf Distanz$r$aus der Mitte des Kerns haben wir$B(r)\propto r^{-3}$. Das Oberflächenfeld ist dann (unter Vernachlässigung der Winkelabhängigkeit)

$$B_{\text{surf}}=B_{\text{core}}\left(\frac{R_p}{R_c}\right)^{-3}$$ mit$R_p$Und$R_c$der Radius des Planeten bzw. des Kerns. Wir können dies in eine Skalierungsbeziehung umwandeln: $$\begin{aligned} B_{\text{surf}}=&\;2.5\times10^{-5}\left(\frac{\rho}{10\text{ g cm}^{-3}}\right)^{1/2}\left(\frac{\Omega}{7.27\times10^{-5}\text{ rad s}^{-1}}\right)^{1/2}\\ &\times\left(\frac{\sigma}{10^7\text{ Ohm}^{-1}\;\text{m}^{-1}}\right)^{-1/2}\left(\frac{R_p}{6370\text{ km}}\right)^{-3}\left(\frac{R_c}{2890\text{ km}}\right)^{3}\;\text{Tesla} \end{aligned}$$ Abnehmend$R_p$oder zunehmend$R_c$würde den Oberflächen-Kern-Abstand verringern und dadurch das Oberflächenfeld erhöhen. Im Gegensatz zu ändern$B_{\text{core}}$, wird dies die intrinsische Feldstärke nicht ändern, aber für Bewohner an der Oberfläche sind die beiden effektiv gleich (während es einen Unterschied geben würde , wenn es um Dinge wie die Van-Allen-Gürtel geht).

In Ihrem Fall möchten Sie eine (ungefähr) 15-tägige Rotationsperiode. Das bedeutet, dass$\Omega$wird um den Faktor 15 niedriger sein als die der Erde$B\propto\Omega^{1/2}R_c^{3}$, können wir ein Magnetfeld von 75 % der Stärke der Erde erreichen, indem wir den Kernradius um einen Faktor von etwa 1,4 vergrößern.

Jupiters Magnetosphäre ist immens stark. Jupiter dreht sich viel langsamer als die Erde und hat eine viel dickere Atmosphäre, wie Ihre Anforderungen. Was sind die Voraussetzungen für eine ähnlich starke Magnetosphäre?

Laut Dynamo Theory auf Wikipedia werden drei Dinge benötigt.

1. Ein elektrisch leitfähiges flüssiges Medium
2. Kinetische Energie, die durch Planetenrotation bereitgestellt wird
3. Eine interne Energiequelle, um Konvektionsbewegungen innerhalb der Flüssigkeit anzutreiben

1. Ein elektrisch leitfähiges flüssiges Medium ist ziemlich einfach. Füllen Sie einfach den Planeten mit einer hohen Konzentration an geschmolzenem Eisen oder Kupfer. (Der Erdmantel besteht zu 8 % aus Eisen.)

2. Der Mangel an kinetischer Energie kann kompensiert werden, wie Jupiter und wie Sie vorgeschlagen haben, indem Sie den Planeten vergrößern. Die Gleichung für die kinetische Energie lautet K=0,5 mv^2, sodass eine zunehmende Masse (m) die niedrige Geschwindigkeit (v) kompensiert.

3. Die Wärmequelle des Erdmagnetfeldes finden Sie auf Wikipedia:

   Die Wärme wird durch potentielle Energie erzeugt, die durch das Absinken schwererer Materialien in Richtung Kern freigesetzt wird (Planetendifferenzierung, Eisenkatastrophe) sowie durch Zerfall radioaktiver Elemente im Inneren.

Mischen Sie etwas mehr U-238 hinzu und Sie haben eine starke Magnetosphäre.