화성 자기장

Magnetic field of Mars
화성 다이너모.코어 다이너모 프로세스에 의해 생성된 고대 화성의 쌍극자 자기장의 도식도.

화성의 자기장은 화성 내부에서 발생하는 자기장이다.오늘날 화성에는 지구 자기장이 없다.하지만, 화성은 40억 년 전에 현재의 지구 표면장에 버금가는 강력한 자기장을 만들어 낸 초기 발전기에 전력을 공급했다.초기 발전기가 멈춘 후, 약한 후기 발전기가 38억 년 전에 다시 활성화되었다.화성 지각 자화의 분포는 화성 이분법(화성 반구 지형 이분법)과 유사하다.화성의 북쪽 저지대는 대부분 자기화되지 않은 반면, 남반구는 강한 자성을 띠며 번갈아 나타나는 줄무늬를 보인다.화성의 자기장 진화에 대한 우리의 이해는 위성 측정, 화성의 지상에 기초한 자기 데이터의 조합에 기초하고 있다.

지각 자기

위성 데이터

화성 지각 자기 지도.MGS 위성이 고도 400km에서 관측한 화성 지각 자기 원통 투영 지도.색상은 크기 변동의 두 차수에 걸쳐 포함된 반경 자기장 성분의 중앙값의 강도를 나타냅니다.

화성 지구 지각 자성의 재구성은 주로 화성 글로벌 서베이어(MGS)의 자기장 실험/전자 반사계(MAG/ER)와 화성 대기 및 휘발성 진화(MAVEN) 자기장 데이터를 기반으로 합니다.그러나 이 위성들은 90~6000km의 고도에 위치해 있고 공간 분해능이 160km [1]이상이기 때문에 측정된 자화로는 더 짧은 길이의 [2]지각 자기장을 관찰할 수 없다.

화성은 현재 화성 글로벌 서베이어(MGS)와 화성 대기 및 휘발성 진화(MAVEN) 자기장 측정에 기초한 능동 발전기를 유지하지 못하고 있다.그러나 위성 자료에 따르면 오래된(~4.2~4.3 Ga) 남반구 지각은 강한 잔류 자화(~22nT)를 기록하지만, 젊은 북반구 저지대는 잔류 [3]자화가 훨씬 약하거나 잔류 자화가 전혀 없다.이와는 대조적으로, 후기 중폭격(LHB)(~ 4.1–3.9 Ga)(예: 아르기레, 헬라스, 이시디스) 및 화산 지방(예: 엘리시움, 올림푸스 몬스, 타리스 몬테스, 알바)에서 형성된 대형 분지는 자성이 결여되어 있다.Tyrhenus Mons와 Syrtis Major)는 지각 잔류성을 [4]가지고 있다.

화성 착륙선 관측

지진조사, 측지 및 열수송(InSight) 임무를 이용한 내부탐사는 엘리시움 평원에 위치한 인사이트 착륙 지점의 지각장을 2µT로 [2]측정했다.이 상세한 지상 데이터는 InSight 착륙 현장의 위성 기반 추정치 200nT보다 훨씬 높다.이 높은 자화의 근원은 초기 아마존과 헤스페리아 흐름(약 3.6과 1.5 Ga)[2] 아래에 있는 노아키아 지하(약 3.9 Ga)일 것으로 추정된다.

고자기학

고자기적 증거

화성 운석은 열잔류 자화(TRM)에 기초한 마르의 고지대를 추정할 수 있다(즉, 운석이 주위 자기장의 존재 하에서 퀴리 온도 이하로 냉각되었을 때 얻은 잔류 자화).운석 ALH84001에서[5] 탄산염의 열 잔류 자화는 초기 (4.1~3.9 Ga) 화성 자기장이 약 50µT로, 적어도 이때까지는 화성 발전기가 존재했음을 시사한다.젊은(약 1.4Ga) 화성 나크라이트 운석 밀러 범위(MIL) 03346은 5µT의 [6][7]고지대를 기록했다.그러나 Nakhlite 운석의 가능한 발생원 위치를 고려할 때, 이 고점 강도는 표면 자화가 위성 [7]측정에서 추정된 자기장보다 더 강하다는 것을 여전히 시사한다.이 운석의 최대 5µT 고지대는 후기 활성[6][7] 발전기 또는 후기 화성 [7]발전기가 없을 때 배치된 용암 흐름에서 생성된 장으로 설명할 수 있다.

고자기 기록기로서의 화성 운석

화성 운석에는 자석, 티타노 마그네타이트, 피로타이트, 헤마타이트를 포함한 고대 잔류 자성을 기록할 수 있는 광범위한 자성 광물이 포함되어 있습니다.자기광물학은 단일 도메인(SD), 의사 단일 도메인(PSD) 유사, 다중 도메인(MD) 상태를 포함한다.하지만, 많은 화성 운석들을 이러한 [7]연구에 적합하지 않게 만드는 수성, 열, 충격 오버프린트로 인해 화성 고원지를 재구성할 수 있는 제한된 화성 운석들만이 있다.화성 운석에 대한 고지자기 연구는 아래 표에 나열되어 있다.

유형 결정화 시대 충격 이벤트 고점성 원천 레퍼런스
셰르고트족(셰르고티) 최대 343 Ma 다중 충격 이벤트 2 µT, 0.25 – 1 µT 쇼크 소자 [8]
셰르고타이트(티신트) 최대 600 Ma 다중 충격 이벤트 2µT 충격 이벤트에 의해 재자화됨 [9]
나크라이트 ~1.3~1.4 Ga - 4µT 늦은 발전기? [6]
나크라이트 1.4 Ga까지 큰 충격은 없다 5 µT 오래된 소스 록 또는 늦은 발전기? [7]
ALH84001 최대 4.5 Ga 최대 4.0 Ga (주요 영향) 50µT 액티브 얼리 다이너모 [5]
ALH84001 최대 4.5 Ga 최대 4.0 Ga (주요 영향) [10]

화성 발전기

화성 발전기 연표

화성 발전기의 연대표.회색 음영은 초기 및 후기 발전기의 가능한 나이 제한(Ga 년)을 나타냅니다.별은 MAVEN 데이터에서 새로운 연령 제한을 나타냅니다.[a] 헬라스, 이시디스, 아가레가 형성되기 전의 초기 발전기.[b] 대분지 인구에 기초한 초기 발전기의 정지.[c] ALH84001의 연령.[d] 주요 분지 형성 후 후기 발전기.

화성 발전기의 정확한 시기와 지속 시간은 아직 알려지지 않았지만 위성 관측과 고지자기 연구에는 몇 가지 제약이 있다.남반구의 강한 지각 자화와 ALH84001의 고자기적 증거는 화성이 약 4.2-4.3 Ga의 강한 자기장을 유지했음을 나타낸다.상부 저지대와 큰 충격 분지에 지각 자기 신호가 없다는 것은 이러한 분지가 형성되기 전에 발전기가 종료된다는 것을 의미한다(~4.0–3.9 Ga).두 개의 젊은 화산(예: Tyrhenus Mons, Syrtis Major)의 자기 이상은 노아키아와 헤스페리아 [4]시기 후반의 자기 역전이 가능한 화성 자기장의 존재를 반영할 수 있다.

반구 자기 이분법

한 가지 해결되지 않은 질문은 왜 화성의 지각 반구 이분법이 자기 이분법과 관련이 있는가 하는 것이다(그리고 이 이분법의 기원이 외부 발생 과정인지 아니면 내생 과정인지).한 가지 외부적인 설명은 Borealis 충돌 사건이 초기에 자화된 북반구의 [11]열적 소자화를 초래했다는 것이지만, 이 사건의 제안된 나이는 화성 다이너모 종말(약 4.0–4.1 Ga)[11][12]보다 훨씬 앞선다.또 다른 모델은 1도 맨틀 대류(즉, 맨틀이 한쪽 반구에서 우세한 대류 구조)가 단일 반구 [13]발전기를 생산할 수 있음을 시사한다.

스트라이프 교대로

화성 지각 자기에서 한 가지 두드러진 특징은 남반구의 긴 E-W 경향 줄무늬입니다(테라 시메리아와 테라 사이렌움).[14]이러한 띠는 지구상에[14] 퍼진 해저 지각이나 반복된 제방 [15]침입의 결과로 발생하는 교대로 일어나는 자기 극성과 유사한 판구조 활동에 의해 형성된다는 것이 제안되었다.그러나 이러한 교대 [16]스트라이프를 해석하려면 데이터 분석 방법을 신중하게 선택해야 합니다.평활 용액(예: L2 정규화) 대신 희박한 지각장 측정 용액(예: L1 정규화)을 사용하면 줄무늬 [16]대신 고도로 자화된 국소 패치(예: 지각의 나머지 부분은 자화되지 않음)가 나타난다.이러한 패치는 화산 활동이나 충돌 [16]이벤트에 의한 가열과 같은 국지적 이벤트에 의해 형성될 수 있으며, 연속장(예: 간헐적 발전기)[11]이 필요하지 않을 수 있다.

다이너모 메커니즘

화성의 발전기 메커니즘은 잘 알려져 있지 않지만 지구의 [17][18]발전기 메커니즘과 비슷할 것으로 예상된다.고온의 초기 핵에서 높은 열 구배로 인한 열 대류는 화성 [17][18]역사상 초기에 발전기를 구동하기 위한 주요 메커니즘이었을 것입니다.시간이 지남에 따라 맨틀과 코어가 냉각됨에 따라 내부 코어 결정화(잠열을 제공할 수 있음)와 화학적 대류가 발전기를 구동하는 데 중요한 역할을 했을 수 있습니다.내부 코어 형성에 이어 가벼운 원소가 내부 코어 경계에서 액체 외부 코어로 이동하고 [18]부력에 의한 대류를 촉진했습니다.그러나 InSight 랜더 데이터조차 화성의 고체 내부 [19]핵의 존재를 확인할 수 없었고, 중심 결정화(화학 [17][18]대류 없이 열 대류만 가능)가 없었을 가능성도 배제할 수 없다.또 마그마해에 의해 자기장이 생성됐을 가능성도 [17]배제할 수 없다.

화성의 발전기가 언제 어떤 방식으로 정지했는지도 불분명하다.아마도 맨틀의 냉각 속도의 변화가 화성 [17]발전기의 정지를 야기했을 것이다.한 가지 이론은 노키아 초기 및 중기 동안 핵-망틀 경계에서 지구 [20]열 흐름을 감소시킴으로써 발전기를 정지시켰다는 것입니다.

InSight 착륙선의 지진 측정 결과 화성의 외핵은 액체 상태이며 [19]예상보다 큰 것으로 밝혀졌다.한 모델에서, 부분적으로 결정화된 화성 핵은 화성의 현재 상태(즉, 액체 외부 핵에도 불구하고 자기장이 없음)를 설명하며,[18] 이 모델은 자기장이 미래에 다시 활성화될 가능성이 있다고 예측한다.

생각할 수 있는 발전기
다이너모 소스 다이너모 메커니즘 메모들 레퍼런스
온도 열대류 - 고온, 고황함유량 필요

- 솔리드 내부 코어 없음

 [17][18]
마그마 해역 - 전도성 규산염 함유 용융 필요 [17]
열전성분 화학적 대류

(상하향 결정화)

 - 저온, 저열팽창성, 저황함유량 필요

- 미래 발전기 재활성화 가능성

 [18]
화학적 대류

(상향 결정화 또는 철설)

 - 저온, 고열팽창성, 고황함유량 필요

- 경소자 분할 계수에 따른 발전기 출력

 [18]
기계 영향 이벤트 - 코어 맨틀 경계에서 전지구적 열 흐름을 감소시키고 발전기를 정지시킨다. [20]

레퍼런스

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