Още от епохата на Аполон учените са знаели, че Луната е имала някакво магнитно поле в миналото, но няма такова сега. Новите проучвания на лунните проби на Аполон дават отговор на някои от тези въпроси, но също така създават още много въпроси, на които да се отговори.
Лунните проби, върнати от мисиите на Аполон, показват доказателства за намагнитване. Скалите се намагнетизират, когато се нагряват и след това се охлаждат в магнитно поле. Когато изстинат под температурата на Кюри (около 800 градуса С, в зависимост от материала), металните частици в скалата се издигат по протежение на околните магнитни полета и замръзват в това положение, произвеждайки остатъчно намагнетизиране.
Това намагнитване може да бъде измерено и от космоса. Проучвания от орбитни спътници показват, че намагничаването на Луната се разпростира далеч извън регионите, взети от астронавти от Аполон. Цялото това намагнетизиране означава, че Луната трябва да е имала магнитно поле в някакъв момент от ранната си история.
Повечето от магнитните полета, които познаваме в Слънчевата система, се генерират от динамо. По принцип това включва конвекция в метална течна сърцевина, която ефективно движи електроните на металните атоми, създавайки електрически ток. След това този ток индуцира магнитно поле. Смята се, че самата конвекция се движи чрез охлаждане. Когато външното ядро се охлади, по-студените части потъват към вътрешността и оставят по-топлите вътрешни секции да се придвижват навън към екстериора.
Тъй като Луната е толкова малка, се очаква магнитното динамо, което се задвижва от конвективно охлаждане, да е спряло преди известно време преди около 4,2 милиарда години. И така, доказателствата за намагнитване след това време ще се нуждаят или от 1) енергиен източник, различен от охлаждане за задвижване на движението на течно ядро, или 2) напълно различен механизъм за създаване на магнитни полета.
Лабораторните експерименти предложиха един такъв алтернативен метод. Големите басейнови въздействия могат да създадат краткотрайни магнитни полета на Луната, които биха били записани в горещите материали, изхвърлени по време на удара. Всъщност някои наблюдения на намагнетизацията са разположени от другата страна на Луната (антипода) от големи басейни.
И така, как да разберете дали намагнетизацията в скала се е образувала от основно ядро или въздействащо събитие? Е, магнитните полета, предизвикани от удар, траят само около 1 ден. Ако една скала се охлади много бавно, тя няма да запише такова краткотрайно магнитно поле, така че всеки магнетизъм, който запазва, трябва да е произведен от динамо. Също така, скалите, които са участвали във въздействия, показват доказателства за шок в минералите си.
Една лунна проба, номер 76535, която показва данни за бавно охлаждане и без шокови ефекти, има ясно остатъчно намагнетизиране. Това, заедно с възрастта на пробата, предполага, че Луната е имала течно ядро и генерирано от динамо магнитно поле преди 4,2 милиарда години. Такова ядро на динамо е в съответствие с конвективното охлаждане. Но какво ще стане, ако има по-млади проби?
Нови проучвания, публикувани наскоро в Science от Erin Shea и нейните колеги, предполагат, че това може да е така. Г-жа Шиа, аспирант в MIT, и нейният екип проучиха проба 10020, кобил на база 3,7 милиарда години, върнат от астронавтите Аполон 11. Те демонстрираха, че пробата 10020 не показва данни за шок в минералите си. Те прецениха, че на пробата е необходимо повече от 12 дни за охлаждане, което е много по-бавно от живота на магнитно поле, предизвикано от удар. И откриха, че пробата е много силно намагнетизирана.
От своите проучвания г-жа Ший и нейните колеги заключават, че Луната е имала силно магнитно динамо и следователно движещо се метално ядро преди около 3,7 милиарда години. Това е много след времето, когато конвективното охлаждащо динамо щеше да се изключи. Не е ясно обаче дали динамото е действало непрекъснато от преди 4,2 милиарда години или дали механизмът, който движи течното ядро, е бил същият на 4,2 и 3,8 милиарда години. И така, какви други начини има, за да поддържате течно ядро да се движи?
Последните проучвания на екип от френски и белгийски учени, ръководени от д-р Льо Барс, предполагат, че големите въздействия могат да отключат Луната от нейното синхронно въртене със Земята. Това би създало приливи и отливи в течното ядро, подобно на земните океани. Тези основни приливи биха причинили значителни изкривявания на границата на ядрото и мантията, което би могло да задвижва мащабни потоци в ядрото, създавайки динамо.
В друго скорошно проучване д-р Дуайър и колеги предположиха, че прецесията на оста на лунното въртене може да разбърква течната сърцевина. Близостта на ранната Луна до Земята би направила въртящата се ос на Луната да се колебае. Тази прецесия би довела до различни движения в течната сърцевина и над твърдата мантия, което ще доведе до дълготрайно (по-дълго от 1 милиард години) механично разбъркване на ядрото. Д-р Дуайър и неговият екип изчисляват, че подобно динамо естествено би затворило преди около 2,7 милиарда години, когато Луната се отдалечи от Земята с течение на времето, намалявайки нейното гравитационно влияние.
За съжаление, магнитното поле, предложено от изследването на проба 10020, не отговаря на нито една от тези възможности. И двата модела биха предоставили магнитни полета, които са твърде слаби, за да създадат силното намагнетизиране, наблюдавано в проба 10020. Трябва да се намери друг метод за мобилизиране на течната сърцевина на Луната, за да се обяснят тези нови открития.
Източници:
Дълго живеещ лунен основен динамо. Ший и др. Наука 27, януари 2012 г., 453-456. DOI: 10.1126 / science.1215359.
Дълготрайно лунно динамо, задвижвано от непрекъснато механично разбъркване. Le Bars et al. Природа 479, ноември 2011 г., 212-214. DOI: 10.1038 / nature10564.
Динамо, управлявано от удар за ранната Луна. Dwyer et al. Природа 479, ноември 2011 г., 215-218. DOI: 10.1038 / nature10565.
