|
Породы на Луне обладают высокой намагниченностью
|
|
|
|
Куда девается лунный магнетизм? Ученые ломали голову над этим вопросом на протяжении десятилетий, с тех пор как орбитальные космические аппараты обнаружили признаки сильного магнитного поля в породах на поверхности Луны. Сегодня Луна сама по себе не обладает присущим ей магнетизмом.
|
|
|
|
Ученые Массачусетского технологического института, возможно, разгадали тайну. Они предполагают, что сочетание древнего слабого магнитного поля и мощного удара, вызвавшего образование плазмы, могло временно создать сильное магнитное поле, сконцентрированное на обратной стороне Луны.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследователи с помощью детального моделирования показывают, что столкновение, например, с крупным астероидом, могло привести к образованию облака ионизированных частиц, которое на короткое время окутало Луну. Эта плазма должна была облететь вокруг Луны и сконцентрироваться в месте, противоположном месту первоначального столкновения. Там плазма должна была взаимодействовать со слабым магнитным полем Луны и на мгновение усилить его. На любых камнях в этом регионе могли быть зафиксированы признаки повышенного магнетизма, прежде чем поле быстро исчезло.
|
|
|
|
Это сочетание событий может объяснить присутствие высокомагнитных пород, обнаруженных в районе южного полюса, на обратной стороне Луны. Так получилось, что один из крупнейших ударных бассейнов — бассейн Имбриум — расположен в совершенно противоположной точке на обратной стороне Луны. Исследователи подозревают, что то, что произвело этот удар, вероятно, привело к выбросу облака плазмы, которое положило начало сценарию в их моделировании.
|
|
|
|
|
|
|
"Многие аспекты лунного магнетизма до сих пор остаются необъяснимыми", - говорит ведущий автор исследования Айзек Нарретт, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). "Но большинство сильных магнитных полей, которые измеряются орбитальными космическими аппаратами, могут быть объяснены этим процессом, особенно на обратной стороне Луны".
|
|
|
|
Соавторами Нарретта являются Рона Оран и Бенджамин Вайс из Массачусетского технологического института, а также Катарина Милькович из Университета Кертина, Юси Чен и Габор Тот из Мичиганского университета в Энн-Арборе и Элиас Мансбах, доктор философии, из Кембриджского университета. Нуно Лорейру, профессор ядерных наук и инженерии Массачусетского технологического института, также поделился своими идеями и советами.
|
|
По ту сторону солнца
|
|
|
|
Ученым уже несколько десятилетий известно, что Луна обладает остатками сильного магнитного поля. Образцы с поверхности Луны, взятые астронавтами во время миссий НАСА "Аполлон" в 1960-х и 70-х годах, а также глобальные измерения Луны, сделанные дистанционно орбитальными космическими аппаратами, показывают признаки остаточного магнетизма в поверхностных породах, особенно на обратной стороне Луны.
|
|
|
|
Типичным объяснением поверхностного магнетизма является глобальное магнитное поле, генерируемое внутренним "динамо", или ядром из расплавленного, бурлящего материала. Сегодня Земля генерирует магнитное поле с помощью динамо-машины, и считается, что Луна когда-то могла делать то же самое, хотя ее гораздо меньшее ядро создавало бы гораздо более слабое магнитное поле, что, возможно, не объясняет наблюдаемые сильно намагниченные породы, особенно на обратной стороне Луны.
|
|
|
|
Альтернативная гипотеза, которую ученые время от времени проверяли, предполагает гигантский удар, в результате которого образовалась плазма, которая, в свою очередь, усиливала любое слабое магнитное поле. В 2020 году Оран и Вайс проверили эту гипотезу, смоделировав гигантское столкновение с Луной в сочетании с генерируемым Солнцем магнитным полем, которое является слабым, поскольку распространяется на Землю и Луну.
|
|
|
|
В ходе моделирования они проверили, может ли столкновение с Луной усилить такое солнечное поле настолько, чтобы объяснить высокие магнитные характеристики поверхностных пород. Оказалось, что это не так, и их результаты, казалось, исключали возможность того, что воздействие плазмы сыграло роль в потере магнетизма Луны.
|
|
|
|
Всплеск и дрожание
|
|
|
|
Но в своем новом исследовании ученые пошли другим путем. Вместо того, чтобы учитывать магнитное поле Солнца, они предположили, что на Луне когда-то была динамо-машина, которая создавала собственное магнитное поле, хотя и слабое. Учитывая размер его ядра, они подсчитали, что такое поле было бы примерно в 1 микротесла, или в 50 раз слабее, чем поле Земли сегодня.
|
|
|
|
Исходя из этой отправной точки, исследователи смоделировали сильное воздействие на поверхность Луны, подобное тому, которое могло бы привести к образованию дождевого бассейна на ближней стороне Луны. Используя моделирование удара, проведенное Катариной Милькович, команда затем смоделировала облако плазмы, которое образовалось бы при таком ударе, когда сила удара испарила бы материал поверхности. Они адаптировали второй код, разработанный сотрудниками Мичиганского университета, чтобы смоделировать, как образующаяся плазма будет течь и взаимодействовать со слабым магнитным полем Луны.
|
|
|
|
Эти расчеты показали, что, когда в результате столкновения возникло облако плазмы, часть его распространилась в космос, в то время как остальная часть обогнула Луну и сконцентрировалась на противоположной стороне. Там плазма сжалась и на короткое время усилила слабое магнитное поле Луны. По словам Нарретта, весь этот процесс, начиная с момента усиления магнитного поля и заканчивая его возвращением к исходному уровню, должен был пройти невероятно быстро — где-то около 40 минут.
|
|
|
|
Было ли этого короткого промежутка времени достаточно для того, чтобы окружающие скалы зафиксировали мгновенный магнитный всплеск? Исследователи говорят, что да, с некоторой помощью другого эффекта, связанного со столкновением.
|
|
|
|
Они обнаружили, что при ударе такого масштаба по Луне прошла бы волна давления, подобная сейсмическому удару. Эти волны должны были сойтись на другой стороне, где от удара "задрожали" окружающие камни, на короткое время выведя из равновесия электроны — субатомные частицы, которые естественным образом ориентируют свои спины по любому внешнему магнитному полю.
|
|
|
|
Исследователи подозревают, что камни были потрясены как раз в тот момент, когда плазма от удара усилила магнитное поле Луны. Когда электроны в камнях восстановились, они приняли новую ориентацию в соответствии с кратковременным сильным магнитным полем.
|
|
|
|
"Это как если бы вы подбросили колоду из 52 карт в воздух, в магнитное поле, и у каждой карты была бы стрелка компаса", - говорит Вайс. "Когда карты снова ложатся на землю, они меняют ориентацию. По сути, это и есть процесс намагничивания".
|
|
|
|
Исследователи говорят, что этой комбинации динамо—машины и сильного удара в сочетании с ударной волной достаточно, чтобы объяснить высокую намагниченность поверхностных пород Луны, особенно на обратной стороне. Один из способов узнать наверняка - это непосредственно взять пробы пород на наличие признаков сотрясения и сильного магнетизма. Это вполне возможно, поскольку породы находятся на дальней стороне, вблизи южного полюса Луны, где планируют исследовать такие миссии, как программа НАСА "Артемида".
|
|
|
|
"В течение нескольких десятилетий было что—то вроде загадки по поводу магнетизма Луны - это от ударов или от динамо-машины?" Говорит Оран. "И здесь мы говорим, что в этом есть и то, и другое, и это проверяемая гипотеза, что приятно".
|
|
|
|
Моделирование команды проводилось с использованием MIT SuperCloud.
|
|
|
|
Источник
|
