Когда дело доходит до изучения планет, лун и звезд, магнитные поля являются чем-то большим. Полагают, что это результат конвекции на планете, эти поля могут быть различием между планетой, дающей начало жизни или становящейся безжизненным каменным шаром. В течение некоторого времени ученые знали, что имеет магнитное поле Земли, которое приводится в действие динамо-эффектом, создаваемым конвекцией в ее жидком внешнем ядре.
Ученые также долгое время считали, что Луна когда-то имела магнитное поле, которое также приводилось в действие конвекцией в ее ядре. Ранее считалось, что это поле исчезло примерно через 1 миллиард лет после образования Луны (от 3 до 3,5 миллиардов лет назад). Но, согласно новому исследованию Массачусетского технологического института (MIT), теперь кажется, что магнитное поле Луны продолжало существовать еще миллиард лет.
Исследование, озаглавленное «История двух миллиардов лет для лунного динамо», недавно появилось в журнале. Научные достижения, Во главе с доктором Соней Тикоо, доцентом в университете Рутгера и бывшим исследователем в Массачусетском технологическом институте, команда проанализировала древние лунные породы, собранные НАСА. Аполлон 15 миссия. Они обнаружили, что порода имела признаки существования в магнитном поле, когда она образовалась от 1 до 2,5 миллиардов лет назад.
Возраст этого образца камня означает, что он значительно моложе других, возвращенных миссиями Аполлона. Используя разработанную ими методику, группа исследовала стеклообразный состав образца с помощью магнита, чтобы определить его магнитные свойства. Затем они подвергли образец воздействию магнитного поля, генерируемого лабораторией, и других условий, которые были похожи на те, которые существовали на Луне, когда образовалась порода.
Это было сделано путем помещения камней в специально разработанную печь с низким содержанием кислорода, которая была построена с помощью Клемента Суавета и Тимоти Гроува - двух исследователей из Департамента Земли, Атмосферных и Планетарных наук Массачусетского технологического института (EAPS) и соавторов по изучение. Затем команда подвергла камни воздействию крошечной, бескислородной среды и нагрели их до экстремальных температур.
Как объяснил Бенджамин Вайс, профессор планетарных наук в EAPS:
«Вы видите, как оно намагничивается от нагревания в этом известном магнитном поле, затем вы сравниваете это поле с естественным магнитным полем, которое вы измерили заранее, и из этого вы можете выяснить, какова была древняя напряженность поля… Таким образом, мы наконец-то получили точное измерение лунного поля ».
Исходя из этого, они определили, что лунная порода стала намагниченной в поле с силой около 5 микротесл. Это во много раз слабее магнитного поля Земли при измерении с поверхности (25 - 65 микротесла) и на два порядка слабее, чем это было 3-4 миллиарда лет назад. Эти выводы были весьма значительными, поскольку они могут помочь разгадать вечную тайну о Луне.
Ранее ученые подозревали, что магнитное поле Луны исчезло через 1,5 миллиарда лет после образования Луны (около 3 миллиардов лет назад). Однако они не были уверены, что этот процесс произошел быстро или магнитное поле Луны выдержало, но в ослабленном состоянии. Результаты этого исследования показывают, что магнитное поле действительно задержалось еще на миллиард лет, рассеиваясь около 2,5 миллиардов лет назад.
Как указал Вайс, это исследование поднимает новые вопросы о геологической истории Луны:
«Концепция планетарного магнитного поля, создаваемого движущимся жидким металлом, является идеей, которой действительно всего несколько десятилетий. Что движет этим движением на Земле и других телах, особенно на Луне, не совсем понятно. Мы можем понять это, зная время жизни лунного динамо.
Другими словами, эта новая временная шкала Луны ставит под сомнение теорию о том, что только лунное динамо приводило в действие его магнитное поле в прошлом. По сути, сейчас представляется очевидной возможность того, что магнитное поле Луны питалось от двух механизмов. В то время как один допускал наличие динамо в ядре, которое приводило в действие его магнитное поле в течение добрых миллиардов лет после образования Луны, второе поддерживало его в дальнейшем.
В прошлом ученые предполагали, что динамо Луны было приведено в действие гравитационным притяжением Земли, которое вызвало бы приливное изгибание во внутренней части Луны (во многом так же, как мощная гравитация Юпитера и Сатурна управляет геологической активностью в их спутниках). Кроме того, Луна когда-то находилась на орбите намного ближе к Земле, чего могло быть достаточно для питания ее некогда более сильного магнитного поля.
Однако Луна постепенно отошла от Земли, в конечном итоге достигнув своей нынешней орбиты около 3 миллиардов лет назад. Это совпадает с временной шкалой магнитного поля Луны, которое начало рассеиваться примерно в то же время. Это может означать, что около 3 миллиардов лет назад без гравитационного притяжения Земли ядро медленно остыло. Спустя миллиард лет ядро затвердело до такой степени, что оно остановило магнитное поле Луны. Как объяснил Вайс:
«Когда луна охлаждается, ее ядро действует как лавовая лампа - вещество низкой плотности поднимается из-за того, что оно горячее или потому, что его состав отличается от состава окружающей жидкости. Вот как мы думаем, что динамо Земли работает, и это то, что мы предполагаем, что динамо поздней Луны действовало также ... Сегодня поле луны по существу равно нулю. И теперь мы знаем, что это произошло где-то между образованием этой скалы и сегодняшним днем ».
Эти результаты стали возможными благодаря отчасти благодаря наличию более молодых лунных пород. В будущем исследователи планируют проанализировать еще более молодые образцы, чтобы точно определить, где динамо Луны полностью вымерло. Это не только послужит подтверждением результатов этого исследования, но также может привести к более полному графику геологической истории Луны.
Результаты этих и других исследований, которые пытаются понять, как Луна формировалась и изменялась с течением времени, также будут иметь большое значение для улучшения нашего понимания того, как возникли Земля, Солнечная система и внесолнечные системы.
