Ще з епохи Аполлона вчені знали, що Місяць у минулому мав якесь магнітне поле, але його зараз немає. Нові дослідження зразків місячних Аполлона відповідають на деякі з цих питань, але вони також створюють ще багато питань, на які потрібно відповісти.
Зразки місячних, повернені місіями Аполлона, свідчать про намагніченість. Скелі намагнічуються, коли їх нагрівають, а потім охолоджують у магнітному полі. Коли вони охолоджують нижче температури Кюрі (приблизно 800 градусів С, залежно від матеріалу), металеві частинки в гірській породі піднімаються вздовж навколишніх магнітних полів і замерзають у такому положенні, створюючи залишкову намагніченість.
Цю намагніченість можна також виміряти з космосу. Дослідження орбітальних супутників показують, що намагніченість Місяця виходить далеко за межі регіонів, відібраних космонавтами Аполлона. Все це намагнічування означає, що Місяць, мабуть, мав магнітне поле в якийсь момент своєї ранньої історії.
Більшість магнітних полів, про які ми знаємо у Сонячній системі, генеруються динамо. В основному це передбачає конвекцію в металевому рідкому ядрі, яке ефективно переміщує електрони атомів металу, створюючи електричний струм. Потім цей струм індукує магнітне поле. Вважається, що сама конвекція рухається охолодженням. Коли зовнішнє ядро охолоджується, холодніші частини занурюються до внутрішніх приміщень і дозволяють теплішим внутрішнім секціям рухатися назовні до зовнішньої сторони.
Оскільки Місяць настільки маленький, очікується, що магнітне динамо, яке керується конвективним охолодженням, зупиниться деякий час приблизно 4,2 мільярда років тому. Отже, докази намагніченості після цього часу потребують або 1) джерела енергії, окрім охолодження для руху руху рідкої серцевини, або 2) зовсім іншого механізму створення магнітних полів.
Лабораторні експерименти запропонували один такий альтернативний метод. Великі впливи на утворення басейну можуть створювати короткочасні магнітні поля на Місяці, які фіксуватимуться у гарячих матеріалах, що викидаються під час удару. Насправді деякі спостереження намагніченості розташовані з протилежного боку Місяця (антиподу) від великих басейнів.
Отже, як ви можете сказати, чи намагніченість у скелі була утворена основним динамо чи ударом? Ну, магнітні поля, спричинені ударом, тривають лише близько 1 дня. Якби гірська порода охолоджувалася дуже повільно, вона не записувала б таке недовговічне магнітне поле, тому будь-який магнетизм, який вона зберігає, повинен був вироблятися динамо. Також гірські породи, які були залучені до ударів, свідчать про потрясіння їх мінералів.
Один зразок місячних, номер 76535, який свідчить про повільне охолодження та відсутність ударних ефектів, має чітку залишкову намагніченість. Це, поряд із віком вибірки, говорить про те, що Місяць мав рідке ядро та магнітне поле, породжене динамо 4,2 мільярда років тому. Таке стрижневе динамо відповідає конвективному охолодженню. Але що робити, якщо є молодші зразки?
Нові дослідження, нещодавно опубліковані в науці Ерін Ши та її колег, припускають, що це може бути так. Пані Ши, аспірантка MIT, та її команда вивчали зразок 10020, базальту кобила 3,7 мільярда років, яку привезли космонавти Apollo 11. Вони продемонстрували, що зразок 10020 не свідчить про шок в його мінералах. Вони підрахували, що для охолодження зразка було потрібно більше 12 днів, що значно повільніше, ніж час дії магнітного поля, спричиненого ударом. І вони виявили, що зразок дуже сильно намагнічений.
Зі своїх досліджень пані Ши та її колеги роблять висновок, що Місяць мав сильне магнітне динамо, а отже, рухоме металеве ядро, близько 3,7 мільярда років тому. Це добре після того, як конвективне охолодження динамо було б відключене. Однак не ясно, чи динамо постійно діяло з 4,2 мільярда років тому, чи механізм, який переміщав рідке ядро, був однаковим у 4,2 та 3,8 мільярда років. Отже, які ще способи зберегти рухливе рідке ядро?
Недавні дослідження групи французьких та бельгійських вчених під керівництвом доктора Ле Барса свідчать про те, що великі удари можуть розблокувати Місяць від його синхронного обертання із Землею. Це створило б припливи в рідкому ядрі, як і океани Землі. Ці основні припливи спричинили б значні спотворення на кордоні основної мантії, що могло б призвести до великих масштабних потоків у ядрі, створюючи динамо.
В іншому недавньому дослідженні доктор Дуайєр та його колеги припустили, що прецесія осі місячного віджимання може змішати рідке ядро. Близькість раннього Місяця до Землі зробила б осі спінової осі Місяця коливальною. Ця прецесія спричинила б різні рухи в рідкій серцевині та над твердою мантією, що призведе до тривалого (довше 1 мільярда років) механічного перемішування ядра. Доктор Дуайер та його команда вважають, що таке динамо природно закрилося б приблизно 2,7 мільярда років тому, коли Місяць з часом віддалявся від Землі, зменшуючи її гравітаційний вплив.
На жаль, магнітне поле, запропоноване дослідженням зразка 10020, не відповідає жодній із цих можливостей. Обидві ці моделі забезпечили б надто слабкі магнітні поля, щоб вони спричинили сильну намагніченість, яку спостерігали у зразку 10020. Для пояснення цих нових знахідок потрібно знайти інший метод мобілізації рідкого ядра Місяця.
Джерела:
Динамо з місячним ядром довгоживучого. Ши та ін. Наука 27, січень 2012, 453-456. doi: 10.1126 / наука.1215359.
Довговічне місячне динамо, що рухається постійним механічним перемішуванням. Le Bars та ін. Природа 479, листопад 2011, 212-214. doi: 10.1038 / природа10564.
Динамо, спричинене ударами, для раннього Місяця. Дуайєр та ін. Природа 479, листопад 2011, 215-218. doi: 10.1038 / природа10565.
