Magnetno polje iz ranog Sunčevog sistema

“Magnetno polje je u fizici ono što je seks u psihologiji.” je jedna od verzija citata koji se pripisuje velikom holandskom astrofizičaru van der Hulstu. Zaista, čim uvedemo magnetno polje u jednačine, stvari se dosta komplikuju. Sa druge strane, magnetno polje može da objasni razne astrofizičke pojave: aktivnost Sunca, funkcionisanje akrecionih diskova, oblike maglina... itd. Jedan od procesa u kom magnetno polje može da igra veliku ulogu je i nastanak planetarnih sistema.

Posmatranja nam govore da planete nastaju iz protoplanetarnih diskova koji su jedna jako kratka faza u evoluciji originalnog oblaka. (Zvezde nastaju iz jako hladnih molekularnih oblaka koji su glavni konstituent takozvane medjuzvezdane materije). “Jako kratka” u ovom slučaju znači oko pet miliona godina, što je zaista malo u poredjenju sa životnim vekom Sunca koje postoji već oko pet milijardi godina. Da bi protoplanetarni disk evoluirao ovako brzo, potreban je efikasan metod za transport mase ka centru (dakle, ka zvezdi) ali i efikasan metod za odvodjenje ugaonog momenta iz sistema (sistem ne sme da rotira previše brzo). Ipostavlja se da bi čak i relativno slabo magnetno polje bilo ključni element i rešenje za ove probleme.

Čak i tu imamo više kandidata: sa jedne strane tu su takozvana magneto-rotaciona nestabilnost (eng: MRI) i tzv. “magnetno kočenje”, dok neki modeli pak predlažu tzv. magnetocentrifugalni vetar kao mehanizam za efikasan prenos materije. Detaljan opis ovih fenomena bi nam oduzeo previše prostora (a verovatno nije ni moguć na naučno-popularnom nivou, niti autorove veštine sežu toliko daleko), ali dovoljno je da imamo u vidu da magnetno polje deluje na nalektrisane čestice koje se kreću i da može bitno da utiče na njihovu putanju, te da samim tim magnetne sile igraju važnu ulogu u dinamici kosmičke plazme (jonizovanog gasa). Primer značaja magnetnog polja su razni aspekti sunčeve aktivnosti (pege, eksplozije, protuberance) koji su svi do jednog posledice magnetnog polja Sunca.

Kako razlučiti koji procesi igraju ulogu u nastanku protoplanetarnog diska, pa samim tim i planeta? U skorašnjem broju prestižnog časopisa “Science”, Roger Fu je sa saradnicima objavio rad u kom je po prvi put procenjena vrednost protostelarnog magnetnog polja koje je prožimalo početnu maglinu iz koje su nastali Sunce i planete.

Trenutno ne postoji posmatračka tehnika kojom bismo mogli da izmerimo magnetno polje u zvezdama koje upravo nastaju. Medjutim, postoji drugi metod, u kom se dodiruju geologija i astrofizika. Eksperimenti na meteoritskim materijalima u principu mogu da otkriju magnetno polje “zarobljeno” u materijalima koji su nastali kada i protoplanetarni disk, pre oko pet milijardi godina.

U ovom konkretnom slučaju u pitanju su “granule” olivina (olivin je mineral koji čine magnezijum, gvoždje, silicijum i kiseonik). Ove granule su nastale u procesima zagrevanja i hladjenja u protomaglini iz koje je nastalo Sunce. Ukoliko je, tokom hladjenja, maglinu prožimalo magnetno polje postojane orijentacije, ove granule bi trebalo da ostanu namagnetisane. Olivin je posebno pogodan zato što nakon nastanka jako dobro “čuva” stečena magnetna svojstva. Problema, medjutim, ima mnogo: granule su jako male, treba naći meteorit koji sadrži baš ovaj mineral, a zatim i nekako izmeriti to magnetno polje.

Ispostavilo se da je pogodan za ovakav projekat tzv. Semarkona meteorit koji je pao na Zemlju još 1940. godine. Samo merenje magnetnog polja je moralo da sačeka skoro 75 godina zato što se ispostavilo da su potrebna jako “pipava” merenja koja su u ovom slučaju obavljena u laboratoriji kojom rukovodi Ron Walsworth sa Harvarda (inače jedan od koautora rada). Spoj modernih merenja i lova na meteorite je rezultovao procenom prvobitnog magnetnog polja iz epohe kada je Sunce bilo još protozvezda. Intenzitet (tj. gustina fluksa) ovog magnetnog polja je oko 55 μT što je reda veličine magnetnog polja Zemlje danas. Poredjenja radi, magnetno polje mirnog Sunca je svega nekoliko puta jače. (Zašto “svega”? Zato što očekujemo da magnetno polje raste pri sažimanju objekta i to obrnuto srazmerno njegovoj površini).

Nakon ovog merenja možemo dosta pouzdano da smatramo da je u nastanku Sunca i Sunčevog sistema magnetno polje ne samo postojalo “tu negde”, već i da je bilo dovoljno jako da utiče na sam proces nastanka. Ono što je takodje zanimljivo je da je ovo jedno od retkih otkrića u astrofizi gde nismo vršili posmatranja (tj. gde glavni izvor informacija nije bila svetlost) već je samo otkriće napravljeno u laboratoriji na Zemlji! Za kraj, sada smo jedan korak bliže (ali nažalost i dalje dosta daleko) razumevanju procesa nastanka planetarnih sistema.