Номер 5, страница 308 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. Чем отличается магнитное поле Юпитера от магнитного поля Земли?

5. Чем отличается магнитное поле Юпитера от магнитного поля Земли?

Магнитное поле Юпитера и Земли, хотя и генерируются схожим механизмом (эффект динамо), имеют существенные различия по нескольким ключевым параметрам:

• Интенсивность и магнитный момент. Главное отличие — это масштаб. Магнитное поле Юпитера гораздо мощнее земного. Его магнитный момент примерно в 18 000 раз превышает магнитный момент Земли, что делает его самым сильным планетарным полем в Солнечной системе. Напряженность поля у экватора на уровне облаков Юпитера составляет около 420 мкТл, в то время как у Земли — всего 30–60 мкТл.

• Источник генерации. Источники полей различны из-за разного внутреннего строения планет. Магнитное поле Земли создается конвективными потоками в жидком железо-никелевом внешнем ядре. У Юпитера, газового гиганта, поле генерируется в огромном слое жидкого металлического водорода, который находится под колоссальным давлением и обладает высокой электропроводностью. Вращение планеты и конвекция в этом слое создают мощнейшее динамо.

• Структура и полярность. Оба поля в основном дипольные. Наклон магнитной оси Юпитера к оси вращения составляет около 10°, что сопоставимо с наклоном у Земли (около 11°). Однако у Юпитера поле имеет более сложную, "неаккуратную" структуру с сильными недипольными компонентами. Кроме того, полярность поля Юпитера противоположна земной: его северный магнитный полюс находится в северном полушарии, в то время как у Земли северный магнитный полюс (куда указывает стрелка компаса) находится в южном полушарии.

• Магнитосфера. Размеры магнитосферы Юпитера колоссальны. Она является самой большой структурой в Солнечной системе (после гелиосферы). Если бы ее можно было видеть с Земли, она казалась бы в несколько раз больше полной Луны. Она заполнена плотной плазмой, основным источником которой является вулканическая активность спутника Ио.

Ответ: Магнитное поле Юпитера, в отличие от земного, значительно мощнее (магнитный момент больше примерно в 18 000 раз), генерируется слоем металлического водорода (а не железо-никелевым ядром), имеет противоположную полярность и более сложную структуру, а также формирует самую большую магнитосферу в Солнечной системе.

6. Что такое металлический водород?

Металлический водород — это фаза вещества, в которой водород приобретает свойства, характерные для металлов, в первую очередь высокую электропроводность.

• Условия образования. Водород переходит в металлическое состояние при сверхвысоких давлениях, порядка нескольких миллионов земных атмосфер (сотни гигапаскалей). Такие условия существуют в недрах планет-гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.

• Структура. В обычных условиях водород является газом-диэлектриком и состоит из двухатомных молекул $H_2$. Под действием колоссального давления связи в молекулах $H_2$ разрываются. Атомы водорода образуют плотную структуру, состоящую из решетки протонов, в то время как электроны отрываются от своих ядер и становятся "свободными" или "обобществленными". Эти делокализованные электроны образуют "электронный газ", который может свободно перемещаться по всему объему вещества, как это происходит в обычных металлах.

• Роль в астрофизике. Существование слоя жидкого металлического водорода внутри Юпитера и Сатурна является ключевым элементом для объяснения их мощных магнитных полей. Быстрое вращение планет и конвективные течения в этом электропроводящем слое создают условия для работы гидромагнитного динамо, которое и генерирует поле.

Ответ: Металлический водород — это фаза водорода, образующаяся при сверхвысоких давлениях (как в недрах планет-гигантов), в которой он теряет молекулярную структуру, его электроны становятся свободными, и вещество приобретает свойства металла, в частности, высокую электропроводность.