Ученые уточняют время исчезновения лунного динамо

Обычный компас будет бесполезен на Луне, которой сегодня не хватает глобального магнитного поля.

Луна действительно имела магнитное поле миллиарды лет назад, и оно, вероятно, было даже сильнее, чем поле Земли сегодня. Ученые считают, что это лунное поле, как и поле Земли, было создано мощным динамо - жидким ядром луны. В какой-то момент это динамо и созданное им магнитное поле исчезло.

Магнитное поле Луны

Теперь ученые из Массачусетского технологического института и других стран точно определили время окончания лунного динамо, около 1 миллиарда лет назад. Полученные результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Новое время исключает некоторые теории того, что двигало лунное динамо на более поздних стадиях, и поддерживает один конкретный механизм: кристаллизацию ядра. Когда внутреннее железное ядро ​​луны кристаллизовалось, электрически заряженная жидкость жидкого ядра создавало динамо.

«Магнитное поле - это та туманная вещь, которая пронизывает пространство, подобно невидимому силовому полю», - говорит Бенджамин Вайсс, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах в Массачусетском технологическом институте. «Мы показали, что динамо, которое создавало магнитное поле Луны, исчезло где-то между 1,5 и 1 миллиардом лет назад».

Соавторами Вайсса в работе являются Сайед Мигани и Хуапей Ван, а также Коу Борлина и Клэр Николс из Массачусетского технологического института вместе с Дэвидом Шустером из Калифорнийского университета в Беркли.

За последние несколько лет группа Вайсса обнаружила признаки сильного магнитного поля, около 100 микротесла, в лунных породах, возраст которых составляет 4 миллиарда лет. Для сравнения, сегодня магнитное поле Земли составляет около 50 микротесла.

В 2017 году группа Вайсса изучила образец, собранный в рамках проекта НАСА «Аполлон», и обнаружила следы гораздо более слабого магнитного поля, ниже 10 микротесла, в лунном камне, возраст которого, как они определили, составляет около 2,5 миллиардов лет. В то время они думали, что, возможно, были задействованы два механизма для лунного динамо: первый мог генерировать гораздо более сильное, более раннее магнитное поле около 4 миллиардов лет назад, а затем был заменен вторым, более продолжительным механизмом, который поддерживал гораздо более слабое поле, по крайней мере, до 2,5 миллиардов лет назад.

Большинство магнитных исследований лунных образцов миссий Аполлон были взяты из древних горных пород, возраст которых составляет от 3 до 4 миллиардов лет. Это камни, которые первоначально извергались в виде лавы на очень молодую лунную поверхность, и когда они охлаждались, их микроскопические зерна выравнивались в направлении магнитного поля Луны. Большая часть поверхности Луны покрыта такими камнями, которые с тех пор остаются неизменными, сохраняя запись древнего магнитного поля.

Однако обнаружить лунные породы, чья магнитная история началась менее 3 миллиардов лет назад, было гораздо труднее, поскольку к этому времени большая часть лунного вулканизма прекратилась.

«История Луны за последние 3 миллиарда лет остается тайной», - говорит Вайсс.

Тем не менее, он и его коллеги определили два образца лунных пород, собранных астронавтами во время миссий «Аполлон», которые, по-видимому, испытали некое огромное воздействие около 1 миллиарда лет назад и в результате были переплавлены и сварены вместе таким образом, что их древняя магнитная запись была почти стерта.

Команда взяла образцы обратно в лабораторию и сначала проанализировала ориентацию электронов каждой породы, которую Вайсс описывает как «маленькие компасы», которые либо выравниваются в направлении существующего магнитного поля, либо появляются в случайных ориентациях в отсутствие такового. Для обоих образцов команда наблюдала последнее: случайные конфигурации электронов, предполагая, что породы образовались в чрезвычайно слабом или практически нулевом магнитном поле, не более 0,1 микротесла.

Затем команда определила возраст обоих образцов, используя метод радиометрического датирования, который Вайсс и Шустер смогли адаптировать для этого исследования.

Команда провела образцы через ряд тестов, чтобы увидеть, действительно ли они являются хорошими магнитными регистраторами. Другими словами, после того, как они были нагреты каким-то мощным ударом, могли ли они быть достаточно чувствительными, чтобы регистрировать даже слабое магнитное поле на Луне, если оно существовало?

Чтобы ответить на это, исследователи поместили оба образца в печь и нагрели их до высоких температур, чтобы эффективно стереть их магнитную запись, а затем подвергли камни воздействию искусственного магнитного поля в лаборатории, вовремя их охлаждения.

Результаты подтвердили, что эти два образца действительно были надежными магнитными регистраторами и что первоначально измеренная ими напряженность поля в 0,1 микротесла точно представляла максимально возможную величину чрезвычайно слабого магнитного поля Луны 1 миллиард лет назад. Вайсс говорит, что поле в 0,1 микротесла настолько мало, что, вероятно, к этому времени лунное динамо исчезло.

Новые результаты совпадают с предсказанным временем жизни кристаллизации ядра, предполагаемого механизма для лунного динамо, который мог бы генерировать слабое и продолжительное магнитное поле в более поздней истории Луны. Вайсс говорит, что до кристаллизации ядра механизм, известный как прецессия, мог приводить в действие гораздо более сильное, хотя и более не продолжительное динамо. Прецессия - это явление, при котором твердая внешняя оболочка тела, такого как луна, в непосредственной близости от гораздо более крупного тела, такого как Земля, колеблется в ответ на гравитацию Земли. Это колебание нагревает жидкое ядро.

Около 4 миллиардов лет назад молодая Луна, вероятно, была гораздо ближе к Земле, чем сегодня, и гораздо более восприимчива к гравитационному воздействию планеты. Когда Луна медленно удалялась от Земли, эффект прецессии уменьшился, в свою очередь ослабив динамо и магнитное поле. Вайс говорит, что, вероятно, около 2,5 миллиардов лет назад кристаллизация ядра стала доминирующим механизмом, благодаря которому лунное динамо продолжало создавать слабое магнитное поле, которое продолжало рассеиваться, когда ядро ​​луны в конечном итоге полностью кристаллизовалось.

Группа пытается измерить направление древнего магнитного поля Луны в надежде получить больше информации об эволюции Луны. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet