Лунное магнитное поле исчезло всего миллиард лет назад. Имеет ли луна магнитное поле Почему у луны нет магнитного поля

Магнитное поле Луны существовало на миллиард лет дольше, чем считалось ранее, обнаружили исследователи. Открытие проливает свет на одну из главных тайн Луны и расширяет возможности поиска обитаемых миров за пределами Земли.

Сегодня Луна не имеет магнитного поля, но так было не всегда; 4,253,56 млрд лет назад лунное магнитное поле было таким же, как у Земли. Поле образовалось благодаря круговому движению жидкостей в расплавленном ядре Луны так называемому лунному динамо.

TuiPhotoEngineer | Shutterstock

Ученые долго затруднялись в определении даты исчезновения магнитного поля. Предыдущие исследования не могли точно сказать, исчезло ли поле полностью 3,19 млрд лет назад или осталось в более слабой форме.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые решили изучить образцы горной породы моложе 3,56 млрд лет, рассказывает Соня Тику, планетолог и соавтор исследования из Ратгерского университета (Канада).

Тику и ее коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Массачусетского технологического университета (США) проанализировали кусок горной породу, которую доставила на Землю миссия «Аполлон-15» в 1971 году. Образец содержит фрагменты базальта, который отломился от более крупных валунов. Датирование, основанное на соотношении разных изотопов аргона, показало, что базальт сформировался из лавы, излившейся 3,3 млрд лет назад.

Фрагменты базальта связаны вместе стекловидным материалом, который сформировался, когда минерал расплавился от удара метеорита. Исследователи считают, что стекловидный материал сформировался 12,5 млрд лет назад. Удар также расплавил содержащие железо зерна в базальте. Они вновь кристаллизовались в стекловидном материале, когда он быстро остыл, «записав» магнитное поле Луны.

После серии экспериментов при разной температуре команда выяснила, что зерна сформировались, когда Луна имела магнитное поле в 10 раз слабее земного.

Такое поле в 1000 раз сильнее, чем то, которое измерили астронавты, и намного сильнее, чем было бы поле, созданное за счет Земли.

Тику уверена, что лунное динамо все еще работало 12,5 млрд лет назад. Долгое существование поля исключает то, что динамо стало результатом сильных ударов, которые могли породить только временные магнитные поля. Но удары, достаточно сильные, чтобы создать даже временное магнитное поле, завершились почти 3,7 млрд лет назад. Скорее всего, говорит Тику, роль сыграло множество механизмов.

Сильное магнитное поле Луны, вероятно, было сформировано влиянием гравитационного притяжения Земли на лунную мантию и колебаниями мантии, которые начинали водоворот в жидком ядре Луны. Однако по мере того как Луна удалялась от Земли, и гравитационное притяжение становилось слабее, начал преобладать другой механизм, который производил более слабое поле.

Есть вероятность, что более слабое поле образовалось, когда ядро Луны остывало, а энергия выделялась за счет затвердевающего железа и взбалтывания ядра более легкими элементами, такими как углерод и сера.

Результаты исследования важны, когда речь идет об инопланетных мирах, которые могут поддерживать жизнь. Небольшие планетные тела нельзя вычеркивать из списка тех, которые могут иметь постоянные магнитные поля важный фактор для наличия атмосферы и воды.

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряженных частиц и излучения, которые приходят к нам от Солнца. Этот щит создается стремительным движением огромного количества расплавленного железа во внешнем ядре Земли (геодинамо). Для того, чтобы магнитное поле сохранилось до наших дней, в классической модели предусматривается охлаждение ядра на 3000 градусов по Цельсию в течение последних 4,3 миллиардов лет.

Однако, группа исследователей из Национального центра научных исследований Франции и Университета Блеза Паскаля сообщили, что температура ядра упала всего на 300 градусов. Действие Луны, игнорирующееся ранее, компенсировало разницу температур и поддерживало геодинамо. Работа опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли породила парадокс. Для того, чтобы геодинамо работало, Земля должна была быть полностью расплавленной 4 миллиарда лет назад, а ее ядро должно было медленно охладится от 6800 градусов в тот момент до 3800 градусов сегодня. Но недавнее моделирование ранней эволюции внутренней температуры планеты вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов не поддерживают такого охлаждения. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка приплюснутую форму и наклонную ось вращения, которая качается вокруг полюсов. Ее мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может постоянно стимулировать движение расплавленного железа во внешнем ядре, что в свою очередь генерирует магнитное поле Земли. Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг совей оси, ни направление оси, ни орбита Луны не регулярны, их совокупный эффект является неустойчивым и может вызывать колебания в геодинамо. Этот процесс может объяснить некоторые тепловые импульсы во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли.

Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.

Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.

В то же время высказываются предположения, что Луна причастна к перемешиванию ядра Земли. Луна может быть причастна к перемешиванию земного ядра. К такому выводу после исследований пришли французские ученые, о чем говорится на страницах издания Earth and Planetary Science Letters.

Как сообщают французские планетологи и геофизики, Луна может перемешивать ядро Земли с помощью приливных сил, поддерживая таким образом геомагнитное поле. Как известно, магнитное поле защищает планету от заряженных космических частиц, но столь продолжительный период оно не удерживалось бы только благодаря Земле.

Есть версия, что Луна способствует перемешиванию жидкого внешнего ядра из железа и никеля, что не дает остыть этим элементам и позволяет им продолжать свою деятельность. Как считалось ранее, работа геомагнитного поля обеспечивается вращением Земли, а также разницей температур между внутренними и внешними слоями.

Ученые подсчитали, что внешние ядра должны были остыть на 5,4 тысяч градусов за 4,3 миллиарда лет, но в итоге охладились всего лишь на несколько сотен градусов. Это говорит о том, что на механизм магнитного поля Земли действует еще и внешний механизм. Им могут выступать приливные силы, которые возникают из-за гравитационного поля Луны.

Той энергии, которую Земля получает за счет приливных сил, должно хватить на корректную работу магнитного поля планеты.

Расплавленное ядро Луны в представлении художника

Hernán Cañellas

Лунное магнитное поле исчезло на миллиард лет позже, чем считалось ранее - сообщают американские планетологи в статье, опубликованной в журнале Science Advances . Ученые заявляют, что оно могло существовать еще 2,5 миллиарда лет назад. К такому выводу исследователи пришли, изучив образец лунных пород, полученный миссией «Аполлон-15» в 1971 году.

Сегодня у Луны нет глобального магнитного поля, однако так было не всегда. Считается, что в промежутке между 4,25 и 3,56 миллиардов лет назад, лунное магнитное поле было похоже на Земное. По мнению ученых, оно создавалось бурным движением жидкостей внутри расплавленного ядра спутника - это называется магнитным динамо. Однако до сих пор было неизвестно, когда именно лунное магнитное поле исчезло: в предыдущих работах планетологи не могли четко сказать, пропало ли оно совсем 3,19 миллиарда лет назад, или продолжало существовать, просто в более слабой форме.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Массачусетского технологического института провели анализ фрагмента лунных пород. Образец, представляющий собой брекчию преимущественно из расплавленного стекла и обломков базальта, был взят из кратера Дюна в районе Моря Дождей. Согласно анализу соотношения изотопов аргона, частицы базальта сформировались из потоков лавы примерно 3,3 миллиарда лет назад. Стеклянная матрица, связывающая фрагменты воедино, вероятно образовалась после падения на Луну метеорита примерно 1 - 2,5 миллиарда лет назад.

Однако что более важно, во время падения расплавились частицы железа внутри базальта - металл потерял свою исходную намагниченность. По мере остывания стекла железо остыло, обретя намагниченность по направлению магнитного поля Луны, подобно стрелке компаса, сохранив таким образом следы его влияния.

Планетологи исследовали 20 взаимно ориентированных металлических зерен, находившихся в образцах, которые доставили астронавты лунной миссии «Аполлон-15». Сначала ученые, используя высокочувствительный магнитометр, измерили природные магнитные свойства образцов. Важно заметить, что за 45 лет хранения на Земле, зерна частично изменили свою намагниченность под действием земного магнитного поля. Однако авторам удалось по косвенным признакам установить, что и до доставки на Землю зерна железа были намагничены в одну сторону. Затем в лабораторной печи, где было снижено содержание кислорода, ученые нагрели образцы до высоких температур (от 600 до 780 градусов Цельсия), параллельно подвергнув их воздействию магнитного поля с известной индукцией. Исследователи измеряли, как будет меняться намагниченность пород по мере увеличения окружающей температуры.

«Вы видите, как [образец] намагничивается при нагреве в магнитном поле с известной силой, а затем вы сравниваете это магнитное поле с природным магнитным полем, измеренным ранее, и благодаря этому вы можете узнать, каким магнитное поле было в древности», - комментирует один из авторов работы, Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss).

Эксперимент показал, что 1 - 2,5 миллиарда лет назад Луна обладала магнитным полем с индукцией 5 микротесла. Это примерно на два порядка слабее, чем 3 - 4 миллиарда лет назад. Такая огромная разница, по мнению исследователей, может указывать, что за лунное динамо отвечало два разных механизма. В частности, авторы работы предполагают, что до 3,56 миллиарда лет назад магнитное динамо создавала орбитальная прецессия Луны, которая находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Затем, когда спутник отдалился от нас, вероятно в силу вступил другой процесс, который поддерживал слабое магнитное поле еще, около миллиарда лет. Исследователи предполагают, что это была термохимическая конвекция. Затем, когда ядро постепенно остыло, магнитное динамо угасло.

Сейчас исследователи планируют изучить более молодые образцы лунных пород, чтобы выяснить, когда лунное магнитное поле исчезло окончательно.

Недавно ученые подтвердили, существование магнитного поля для возникновения жизни на планете. Именно оно спасло атмосферу Земли от молодого Солнца. Кроме того, отсутствие магнитного поля считается одной из причин, по которой Марс свою газовую оболочку.

Кристина Уласович

Магнитное поле Луны, это загадка, которая не давала покоя астрофизикам, ведь если оно существует, значит, этому есть причины. И, как оказалось, действительно, магнитное поле Луны может быть обусловлено тем, что оно имеет в своем распоряжении ядро, которое по своему составу и свойствам напоминает земное «сердце». Когда в 60-70 годы Аполлоны начали доставлять с Луны образцы пород, ученые удивились, ведь в существующих условиях слабого притяжения, эти образцы должны были быть несколько иными. С той поры в мире появилось две противоположных научных точки зрения. По первой считается, что Луна всегда была такой, какой мы ее знаем, она сформировалась только благодаря ударам тех метеоритов, которые оставили на ней большие кратеры.

А согласно второй теории, внешняя оболочка Луны была сформирована благодаря тем процессам, которые протекают под поверхностью оболочки Луны. Как оказалось при исследовании образцов, привезенных на Землю с Луны тридцать лет назад, большая часть из них была сформирована самой Луной, на них не оказывали воздействие метеориты. А значит, ее формирование связано с тем, какие тектонические процессы происходили в ядре Луны и в верхних слоях мантии, которая со временем отвердела. Исследователям Массачусетского технологического института удалось установить то, что внутри луны даже сейчас находится ядро, которое состоит из расплавленного железа. Все больше исследований ссылаются на то, что внутри Луны может находиться большое расплавленное железное ядро, во всяком случае, большая часть исследований указывает именно на это. Ян Гэррик-Бэтелл, руководитель научной группы, приходит как раз к такому выводу.

Наверное, стоит объяснить, почему ученые уделяют такое большое внимание, ученые уделяют строению Луны, почему они считают, что ядро, это нечто невероятное, ведь в Земле оно есть, почему бы ему не быть и в нашем самом ближайшем спутнике. На самом деле, ученые долгое время считали, что это образование Луна, относится к неким реликтам Солнечной системы. Она представляет собой просто большой каменный шар, который не может иметь своего собственного ядра. Но это заблуждение легко можно объяснить, ведь на самом деле - определить то, что находится внутри Луны не так уж и просто, потому, что эта непростая задача. Ведь проникнуть на такие глубины невозможно. А сделать верное предположение можно было только тогда, когда был собран достаточный материал с поверхности и появились «продвинутые методы исследования». Действительно, сейчас по спутнику собрано большое количество фактического материала, что значительно облегчает понимание тех процессов, которые на нем происходят. Но как будет продвигаться дальнейшее исследование, сказать не может никто - нужны уточняющие данные относительно структуры и развития геологии и тектоники Луны.