Протягом десятиліть вчені стверджували, що система Земля-Місяць сформувалася в результаті зіткнення Землі з об'єктом розміру Марса приблизно 4,5 мільярда років тому. Ця теорія, відома як гіпотеза гігантського впливу, пояснює, чому Земля та Місяць схожі за будовою та складом. Цікаво, що вчені також визначили, що протягом своєї ранньої історії Місяць мав магнітосферу - так, як це робить Земля сьогодні.
Однак, нове дослідження, проведене дослідниками MIT (за підтримки НАСА), вказує, що свого часу магнітне поле Місяця, можливо, було сильніше, ніж Земне. Вони також змогли поставити більш жорсткі обмеження, коли це поле виникла, стверджуючи, що це сталося б близько 1 мільярда років тому. Ці висновки допомогли вирішити таємницю того, який механізм живив магнітне поле Місяця з часом.
Дослідження, яке нещодавно з’явилося в журналі Наукові досягнення, очолив Саїд Мігані, експериментальний фізик гірських порід з відділу земних, атмосферних та планетних наук MIT. До нього приєдналися члени Центру геохронології Берклі в УК Берклі та Китайського університету геологічних наук, за додаткової підтримки надали відомий професор EAPS, доктор Бенджамін Вайс.
Для резюме магнітне поле Землі важливо для життя, як ми його знаємо. При надходженні частинок сонячного вітру до Землі вони відхиляються цим полем і утворюють удар лука перед Землею і магнітотейл за нею. Решта частинок осідають на магнітних полюсах, де вони взаємодіють з нашою атмосферою, що викликає полярні полярні північні та південні півкулі.
Якби не магнітне поле, атмосфера Землі була б повільно позбавлена сонячним вітром протягом мільярдів років і перенесена в холодне сухе місце. Вважається, що це сталося на Марсі, коли колись атмосфера коливань була виснажена між 4,2 і 3,7 мільярдами років тому, і вся рідка вода на її поверхні була або втрачена, або замерзла в результаті.
Протягом багатьох років група Вейсса допомагала продемонструвати за допомогою місячних гірських порід, що приблизно 4 мільярди років тому Місяць також мав сильне магнітне поле силою близько 100 мікротест (тоді як у Землі сьогодні близько 50 мікротест). У 2017 році вони вивчали зразки, зібрані космонавтами Аполлона, які були датовані приблизно 2,5 мільярда років тому і виявили набагато слабше поле (менше 10 мікротес).
Іншими словами, магнітне поле Місяця послабилося в п’ять разів від 4 до 2,5 мільярдів років тому, а потім повністю зникло близько 1 мільярда років тому. У той час Вейс та його колеги теоретизували, що, можливо, у внутрішніх приміщеннях Місяця було два динамо-механізми, які відповідали за цю зміну.
Коротше кажучи, вони стверджували, що перший ефект динамо міг створити набагато сильніше магнітне поле близько 4 мільярдів років тому. Потім, 2,5 мільярда років тому, його замінило друге динамо, яке було більш тривалим, але підтримувало набагато слабкіше магнітне поле. Як пояснив доктор Вайс у випуску новин MIT:
"Існує кілька ідей, які механізми живили місячне динамо, і питання полягає в тому, як ви зрозумієте, який з них зробив? Виявляється, всі ці джерела живлення мають різні терміни життя. Отже, якщо ви могли розібратися, коли динамо відключилося, то ви могли б розрізняти механізми, запропоновані для місячного динамо. Це було метою цієї нової статті ».
Дотепер здобуття місячних порід, яким не виповнилося 3 мільярди років, було головним завданням. Причина цього пов'язана з тим, що вулканічна діяльність, яка була звичайною на Місяці 4 мільярди років тому, припинилася приблизно 3 мільярди років тому. На щастя, команда MIT змогла визначити два зразки місячної породи, отримані космонавтами Apollo, які були створені під впливом 1 мільярд років тому.
У той час як ці гірські породи танули від удару, а потім повторно зміцнювались, тим самим стираючи їх магнітний запис у процесі, команда змогла виконати на них тести, щоб відновити їх магнітний підпис. По-перше, вони проаналізували орієнтацію електронів гірської породи, яку Вайс характеризує як «маленькі компаси», оскільки вони або вирівняються у напрямку існуючого магнітного поля, або з'являться у випадкових орієнтаціях за відсутності одного.
В обох зразках група спостерігала за останнім, що припускало, що гірські породи формуються в надзвичайно слабкому магнітному полі не більше 0,1 мікротесла (можливо, взагалі жодного). Після цього була проведена радіометрична методика знайомства, яка була адаптована для цього дослідження Вайсом та Девідом Л. Шустером (дослідник Центру географічного дослідження Берклі та співавтор дослідження). Ці результати підтвердили, що скелі справді були 1 мільярд років.
Нарешті, команда провела теплові випробування на зразках, щоб визначити, чи могли вони дати хороший магнітний запис на момент удару. Це полягало в тому, щоб помістити обидва зразки в духовку і піддавати їх видам високих температур, які були б створені ударом. Коли вони охолоджували, вони піддавали їх штучному породженому магнітному полі в лабораторії та підтвердили, що вони змогли записати це.
Ці результати підтверджують, що магнітна сила, спочатку вимірювана командою (0,1 мікротесла), є точною, і що 1 мільярд років тому динамо, що живило магнітне поле Місяця, ймовірно закінчилося. Як висловився Вайс:
“Магнітне поле - це туманна річ, яка пронизує космос, як поле невидимої сили. Ми показали, що динамо, яке виробляло магнітне поле Місяця, загинуло десь між 1,5 та 1 мільярдом років тому, і, здається, воно живилося земним шляхом ".
Як зазначалося, це дослідження також допомагає вирішити суперечки щодо того, що призвело до місячного динамо на його пізніх стадіях. Хоча запропоновано багато теорій, ці нові висновки узгоджуються з теорією про те, що кристалізація ядра є відповідальною. В основному ця теорія стверджує, що внутрішнє ядро Місяця з часом кристалізувалося, уповільнюючи потік електрично зарядженої рідини та зупиняючи динамо.
Вейс припускає, що до цього прецесія, можливо, відповідала за живлення набагато сильнішого (але недовговічного) динамо, яке могло б створити сильне магнітне поле. Це узгоджується з тим, що 4 мільярди років тому Місяць вважався навколо Землі набагато ближче до Землі. Це призвело б до того, що гравітація Землі матиме набагато більший вплив на Місяць, спричиняючи коливання його мантії та активізацію активності в ядрі.
У міру того, як Місяць повільно мігрував геть від Землі, ефект прецесії зменшувався і динамо, що виробляє магнітне поле, слабшало. Приблизно 2,5 мільярда років тому кристалізація стала домінуючим механізмом, завдяки якому місячне динамо продовжувалося, виробляючи слабке магнітне поле, яке зберігалося, поки зовнішнє ядро остаточно не кристалізувалося мільярд років тому.
Такі дослідження також можуть допомогти розгадати таємницю того, чому планети, такі як Венера та Марс, втратили свої магнітні поля (сприяючи катаклізматичним змінам клімату) та як Земля могла втратити свого дня. Враховуючи його важливість для заселення, більш глибоке розуміння динамових та магнітних полів також може допомогти у пошуку житлових екзопланет.
