Η μαγνητική δύναμη της γης επηρεάζει το φεγγάρι. Μαγνητικό πεδίο της Σελήνης - λύθηκε το μυστήριο

Το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης υπάρχει για ένα δισεκατομμύριο χρόνια περισσότερο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, ανακάλυψαν οι ερευνητές. Η ανακάλυψη ρίχνει φως σε ένα από τα κύρια μυστήρια της Σελήνης και επεκτείνει την αναζήτηση για κατοικήσιμους κόσμους πέρα από τη Γη.

Σήμερα η Σελήνη δεν έχει μαγνητικό πεδίο, αλλά αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Πριν από 4.253.56 δισεκατομμύρια χρόνια, το σεληνιακό μαγνητικό πεδίο ήταν το ίδιο με αυτό της Γης. Το πεδίο σχηματίστηκε λόγω της κυκλικής κίνησης των ρευστών στον λιωμένο πυρήνα της Σελήνης - το λεγόμενο σεληνιακό δυναμό.

TuiPhotoEngineer | Shutterstock

Οι επιστήμονες είχαν εδώ και καιρό δυσκολία να προσδιορίσουν την ημερομηνία εξαφάνισης του μαγνητικού πεδίου. Προηγούμενες μελέτες δεν μπορούσαν να πουν με βεβαιότητα εάν το πεδίο εξαφανίστηκε εντελώς πριν από 3,19 δισεκατομμύρια χρόνια ή παρέμεινε σε ασθενέστερη μορφή.

Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, οι επιστήμονες αποφάσισαν να μελετήσουν δείγματα πετρωμάτων ηλικίας μικρότερης των 3,56 δισεκατομμυρίων ετών, λέει η Sonia Tiku, πλανητολόγος και συν-συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο Rutgers (Καναδάς).

Η Tiku και οι συνάδελφοί της από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ (ΗΠΑ) και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΗΠΑ) ανέλυσαν ένα κομμάτι βράχου που μεταφέρθηκε στη Γη από την αποστολή Apollo 15 το 1971. Το δείγμα περιέχει θραύσματα βασάλτη που αποκόπηκαν από μεγαλύτερους ογκόλιθους. Η χρονολόγηση με βάση την αναλογία διαφορετικών ισοτόπων αργού έδειξε ότι ο βασάλτης σχηματίστηκε από λάβα που εξερράγη πριν από 3,3 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα θραύσματα βασάλτη συνδέονται μεταξύ τους με ένα υαλώδες υλικό που σχηματίστηκε όταν το ορυκτό έλιωσε από μια πρόσκρουση μετεωρίτη. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το υαλώδες υλικό σχηματίστηκε πριν από 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η κρούση έλιωσε επίσης σιδηροφόρους κόκκους στον βασάλτη. Κρυσταλλώθηκαν ξανά στο γυάλινο υλικό καθώς ψύχθηκε γρήγορα, «καταγράφοντας» το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης.

Μετά από μια σειρά πειραμάτων σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η ομάδα διαπίστωσε ότι οι κόκκοι σχηματίστηκαν όταν η Σελήνη είχε μαγνητικό πεδίο 10 φορές ασθενέστερο από αυτό της Γης.

Ένα τέτοιο πεδίο είναι 1.000 φορές ισχυρότερο από αυτό που μέτρησαν οι αστροναύτες και πολύ ισχυρότερο από το πεδίο που θα δημιουργούσε η Γη.

Ο Tiku είναι σίγουρος ότι το σεληνιακό δυναμό λειτουργούσε ακόμα πριν από 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η μακρά ύπαρξη του πεδίου αποκλείει ότι το δυναμό ήταν αποτέλεσμα ισχυρών κραδασμών, που μπορούσαν να δημιουργήσουν μόνο προσωρινά μαγνητικά πεδία. Αλλά οι κρούσεις αρκετά ισχυρές ώστε να δημιουργήσουν ακόμη και ένα προσωρινό μαγνητικό πεδίο τελείωσαν πριν από σχεδόν 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Πιθανότατα, λέει ο Chiku, πολλοί μηχανισμοί έπαιξαν ρόλο.

Το ισχυρό μαγνητικό πεδίο της Σελήνης πιθανότατα σχηματίστηκε από την επίδραση της βαρυτικής έλξης της Γης στο σεληνιακό μανδύα και τις διακυμάνσεις του μανδύα που ξεκίνησαν μια δίνη στον υγρό πυρήνα της Σελήνης. Ωστόσο, καθώς η Σελήνη απομακρύνθηκε από τη Γη και η βαρυτική έλξη έγινε πιο αδύναμη, ένας άλλος μηχανισμός άρχισε να κυριαρχεί, αυτός που παρήγαγε ένα ασθενέστερο πεδίο.

Υπάρχει πιθανότητα το ασθενέστερο πεδίο να σχηματίστηκε καθώς ο πυρήνας της Σελήνης ψύχθηκε και η ενέργεια απελευθερώθηκε με τη στερεοποίηση του σιδήρου και την ανάδευση του πυρήνα με ελαφρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το θείο.

Τα ευρήματα της μελέτης είναι σημαντικά όταν πρόκειται για εξωγήινους κόσμους που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη ζωή. Τα μικρά πλανητικά σώματα δεν μπορούν να εξαιρεθούν από τη λίστα με αυτά που μπορεί να έχουν σταθερά μαγνητικά πεδία - σημαντικός παράγοντας για την παρουσία ατμόσφαιρας και νερού.

Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για τον λιωμένο πυρήνα της Σελήνης

Ερνάν Κανιέλλας

Το σεληνιακό μαγνητικό πεδίο εξαφανίστηκε ένα δισεκατομμύριο χρόνια αργότερα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, αναφέρουν Αμερικανοί πλανητολόγοι σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Προόδους της Επιστήμης. Οι επιστήμονες λένε ότι θα μπορούσε να υπήρχε πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα αφού μελέτησαν ένα δείγμα σεληνιακών πετρωμάτων που ελήφθησαν από την αποστολή Apollo 15 το 1971.

Σήμερα η Σελήνη δεν έχει παγκόσμιο μαγνητικό πεδίο, αλλά αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Πιστεύεται ότι μεταξύ 4,25 και 3,56 δισεκατομμυρίων ετών πριν, το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης ήταν παρόμοιο με αυτό της Γης. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, δημιουργήθηκε από τη βίαιη κίνηση υγρών μέσα στον λιωμένο πυρήνα του δορυφόρου - αυτό ονομάζεται μαγνητικό δυναμό. Ωστόσο, ήταν ακόμα άγνωστο πότε ακριβώς εξαφανίστηκε το σεληνιακό μαγνητικό πεδίο: σε προηγούμενες μελέτες, οι πλανητικοί επιστήμονες δεν μπορούσαν να πουν ξεκάθαρα αν εξαφανίστηκε εντελώς πριν από 3,19 δισεκατομμύρια χρόνια ή συνέχισε να υπάρχει, απλώς σε πιο αδύναμη μορφή.

Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης ανέλυσαν ένα θραύσμα σεληνιακών πετρωμάτων. Το δείγμα, μια βράκεια που αποτελείται κυρίως από λιωμένο γυαλί και θραύσματα βασάλτη, ελήφθη από τον κρατήρα Dune στην περιοχή Mare Imbrium. Σύμφωνα με την ανάλυση της αναλογίας ισοτόπων αργού, τα σωματίδια βασάλτη που σχηματίστηκαν από ροές λάβας περίπου 3,3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Η γυάλινη μήτρα που συνδέει τα θραύσματα μεταξύ τους πιθανότατα σχηματίστηκε μετά την πτώση ενός μετεωρίτη στη Σελήνη περίπου πριν από 1 έως 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, το πιο σημαντικό, κατά τη διάρκεια της πτώσης, σωματίδια σιδήρου μέσα στον βασάλτη έλιωσαν - το μέταλλο έχασε την αρχική του μαγνήτιση. Καθώς το γυαλί ψύχθηκε, ο σίδηρος ψύχθηκε, μαγνητιζόμενος προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Σελήνης, όπως μια βελόνα πυξίδας, διατηρώντας έτσι τα ίχνη της επιρροής του.

Οι πλανητολόγοι εξέτασαν 20 αμοιβαία προσανατολισμένους κόκκους μετάλλων που βρέθηκαν σε δείγματα που επέστρεψαν από αστροναύτες στη σεληνιακή αποστολή Apollo 15. Αρχικά, οι επιστήμονες, χρησιμοποιώντας ένα πολύ ευαίσθητο μαγνητόμετρο, μέτρησαν τις φυσικές μαγνητικές ιδιότητες των δειγμάτων. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για πάνω από 45 χρόνια αποθήκευσης στη Γη, οι κόκκοι άλλαξαν εν μέρει τη μαγνήτισή τους υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου της Γης. Ωστόσο, οι συγγραφείς μπόρεσαν να αποδείξουν με έμμεσες ενδείξεις ότι ακόμη και πριν από την παράδοση στη Γη, οι κόκκοι σιδήρου μαγνητίστηκαν προς μία κατεύθυνση. Στη συνέχεια, σε έναν εργαστηριακό φούρνο όπου η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώθηκε, οι επιστήμονες θέρμαιναν τα δείγματα σε υψηλές θερμοκρασίες (από 600 έως 780 βαθμούς Κελσίου), ενώ ταυτόχρονα τα εξέθεσαν σε μαγνητικό πεδίο με γνωστή επαγωγή. Οι ερευνητές μέτρησαν πώς θα άλλαζε η μαγνήτιση των πετρωμάτων καθώς αυξανόταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος.

«Βλέπετε πώς [το δείγμα] μαγνητίζεται όταν θερμαίνεται σε ένα μαγνητικό πεδίο γνωστής ισχύος, και μετά συγκρίνετε αυτό το μαγνητικό πεδίο με το φυσικό μαγνητικό πεδίο που μετρήθηκε προηγουμένως, και από αυτό μπορείτε να μάθετε πώς ήταν το μαγνητικό πεδίο στην αρχαιότητα », σχολιάζει ένας από τους συγγραφείς του έργου, ο Benjamin Weiss.

Το πείραμα έδειξε ότι πριν από 1 - 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια η Σελήνη είχε μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 5 microtesla. Αυτό είναι περίπου δύο τάξεις μεγέθους ασθενέστερο από 3-4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Μια τόσο τεράστια διαφορά, σύμφωνα με τους ερευνητές, μπορεί να υποδεικνύει ότι δύο διαφορετικοί μηχανισμοί ήταν υπεύθυνοι για το σεληνιακό δυναμό. Συγκεκριμένα, οι συγγραφείς του έργου προτείνουν ότι μέχρι πριν από 3,56 δισεκατομμύρια χρόνια, το μαγνητικό δυναμό δημιουργήθηκε από την τροχιακή μετάπτωση της Σελήνης, η οποία ήταν πολύ πιο κοντά στη Γη από ό,τι τώρα. Στη συνέχεια, όταν ο δορυφόρος απομακρύνθηκε από εμάς, πιθανότατα έλαβε χώρα μια άλλη διαδικασία, η οποία διατήρησε ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο για άλλα δισεκατομμύρια χρόνια. Οι ερευνητές προτείνουν ότι αυτή ήταν θερμοχημική μεταφορά. Στη συνέχεια, καθώς ο πυρήνας ψύχθηκε σταδιακά, το μαγνητικό δυναμό έσβησε.

Τώρα οι ερευνητές σχεδιάζουν να μελετήσουν νεότερα δείγματα σεληνιακών πετρωμάτων για να ανακαλύψουν πότε εξαφανίστηκε τελείως το σεληνιακό μαγνητικό πεδίο.

Πρόσφατα, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν την ύπαρξη μαγνητικού πεδίου για την εμφάνιση ζωής στον πλανήτη. Αυτό ήταν που έσωσε την ατμόσφαιρα της Γης από τον νεαρό Ήλιο. Επιπλέον, η απουσία μαγνητικού πεδίου θεωρείται ένας από τους λόγους για τους οποίους ο Άρης έχει το αέριο περίβλημα του.

Κριστίνα Ουλάσοβιτς

Το μαγνητικό πεδίο της Γης μας προστατεύει συνεχώς από τα φορτισμένα σωματίδια και την ακτινοβολία που μας έρχονται από τον Ήλιο. Αυτή η ασπίδα δημιουργείται από την ταχεία κίνηση μιας τεράστιας ποσότητας λιωμένου σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα της Γης (γεωδύναμο). Προκειμένου το μαγνητικό πεδίο να παραμείνει μέχρι σήμερα, το κλασικό μοντέλο οραματίζεται μια ψύξη του πυρήνα κατά 3.000 βαθμούς Κελσίου τα τελευταία 4,3 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας της Γαλλίας και το Πανεπιστήμιο Blaise Pascal ανέφεραν ότι η θερμοκρασία του πυρήνα έπεσε μόνο κατά 300 βαθμούς. Η δράση της Σελήνης, που προηγουμένως αγνοήθηκε, αντιστάθμισε τη διαφορά θερμοκρασίας και διατήρησε το γεωδύναμο. Η εργασία δημοσιεύτηκε στις 30 Μαρτίου 2016 στο περιοδικό Earth and Planetary Science Letters.

Το κλασικό μοντέλο του σχηματισμού του μαγνητικού πεδίου της Γης έχει προκαλέσει ένα παράδοξο. Για να λειτουργήσει το γεωδύναμο, η Γη πρέπει να έχει λιώσει πλήρως πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια και ο πυρήνας της πρέπει να έχει κρυώσει αργά από τους 6.800 βαθμούς τότε στους 3.800 βαθμούς σήμερα. Αλλά η πρόσφατη μοντελοποίηση της πρώιμης εξέλιξης της εσωτερικής θερμοκρασίας του πλανήτη, σε συνδυασμό με γεωχημικές μελέτες της σύνθεσης των παλαιότερων ανθρακικών και βασαλτών, δεν υποστηρίζει τέτοια ψύξη. Έτσι, οι ερευνητές προτείνουν ότι το γεωδύναμο έχει μια άλλη πηγή ενέργειας.

Η Γη έχει ένα ελαφρώς πεπλατυσμένο σχήμα και έναν κεκλιμένο άξονα περιστροφής που ταλαντεύεται γύρω από τους πόλους. Ο μανδύας του παραμορφώνεται ελαστικά λόγω των παλιρροϊκών φαινομένων που προκαλούνται από τη Σελήνη. Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι αυτό το φαινόμενο μπορεί να διεγείρει συνεχώς την κίνηση του λιωμένου σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα, ο οποίος με τη σειρά του δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της Γης. Ο πλανήτης μας λαμβάνει συνεχώς 3.700 δισεκατομμύρια watt ισχύος μέσω της μεταφοράς βαρυτικής περιστροφικής ενέργειας από το σύστημα Γης-Σελήνης-Ήλιου και περισσότερα από 1.000 δισεκατομμύρια Watt πιστεύεται ότι είναι διαθέσιμα στο γεωδύναμο. Αυτή η ενέργεια είναι αρκετή για να δημιουργήσει το μαγνητικό πεδίο της Γης, και μαζί με τη Σελήνη, αυτό εξηγεί το κύριο παράδοξο της κλασικής θεωρίας. Η επίδραση των βαρυτικών δυνάμεων στο μαγνητικό πεδίο του πλανήτη έχει επιβεβαιωθεί εδώ και καιρό από το παράδειγμα των δορυφόρων του Δία Io και Europa, καθώς και για έναν αριθμό εξωπλανητών.

Δεδομένου ότι ούτε η περιστροφή της Γης στον άξονά της, ούτε η κατεύθυνση του άξονα, ούτε η τροχιά της Σελήνης είναι κανονικές, η συνδυασμένη τους επίδραση είναι ασταθής και μπορεί να προκαλέσει ταλαντώσεις στο γεωδύναμο. Αυτή η διαδικασία μπορεί να εξηγήσει ορισμένους από τους παλμούς θερμότητας στον εξωτερικό πυρήνα και στα όριά του με τον μανδύα της Γης.

Έτσι, το νέο μοντέλο δείχνει ότι η επιρροή της Σελήνης στη Γη υπερβαίνει κατά πολύ τις παλίρροιες.

Ο πλανήτης μας λαμβάνει συνεχώς 3.700 δισεκατομμύρια watt ισχύος μέσω της μεταφοράς βαρυτικής περιστροφικής ενέργειας από το σύστημα Γης-Σελήνης-Ήλιου και περισσότερα από 1.000 δισεκατομμύρια Watt πιστεύεται ότι είναι διαθέσιμα στο γεωδύναμο. Αυτή η ενέργεια είναι αρκετή για να δημιουργήσει το μαγνητικό πεδίο της Γης, και μαζί με τη Σελήνη, αυτό εξηγεί το κύριο παράδοξο της κλασικής θεωρίας. Η επίδραση των βαρυτικών δυνάμεων στο μαγνητικό πεδίο του πλανήτη έχει επιβεβαιωθεί εδώ και καιρό από το παράδειγμα των δορυφόρων του Δία Io και Europa, καθώς και για έναν αριθμό εξωπλανητών.

Έτσι, το νέο μοντέλο δείχνει ότι η επιρροή της Σελήνης στη Γη υπερβαίνει κατά πολύ τις παλίρροιες.

Ταυτόχρονα, υπάρχουν προτάσεις ότι η Σελήνη εμπλέκεται στην ανάμειξη του πυρήνα της Γης. Το φεγγάρι μπορεί να εμπλέκεται στην ανάμειξη του πυρήνα της γης. Μετά από έρευνα, Γάλλοι επιστήμονες κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα, όπως αναφέρεται στις σελίδες του Earth and Planetary Science Letters.

Σύμφωνα με Γάλλους πλανητολόγους και γεωφυσικούς, η Σελήνη μπορεί να αναμίξει τον πυρήνα της Γης με τη βοήθεια παλιρροϊκών δυνάμεων, διατηρώντας έτσι το γεωμαγνητικό πεδίο. Όπως είναι γνωστό, το μαγνητικό πεδίο προστατεύει τον πλανήτη από φορτισμένα κοσμικά σωματίδια, αλλά δεν θα είχε διατηρηθεί για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο χάρη στη Γη.

Υπάρχει μια εκδοχή ότι η Σελήνη βοηθά στην ανάμειξη του υγρού εξωτερικού πυρήνα σιδήρου και νικελίου, που εμποδίζει αυτά τα στοιχεία να κρυώσουν και τους επιτρέπει να συνεχίσουν τις δραστηριότητές τους. Όπως πιστεύαμε προηγουμένως, η λειτουργία του γεωμαγνητικού πεδίου εξασφαλίζεται από την περιστροφή της Γης, καθώς και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού στρώματος.

Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι οι εξωτερικοί πυρήνες θα έπρεπε να έχουν κρυώσει κατά 5,4 χιλιάδες μοίρες σε 4,3 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά στο τέλος ψύξαν μόνο μερικές εκατοντάδες μοίρες. Αυτό υποδηλώνει ότι ο μηχανισμός του μαγνητικού πεδίου της Γης επηρεάζεται επίσης από έναν εξωτερικό μηχανισμό. Μπορούν να είναι παλιρροϊκές δυνάμεις που προκύπτουν λόγω του βαρυτικού πεδίου της Σελήνης.

Η ενέργεια που λαμβάνει η Γη λόγω των παλιρροϊκών δυνάμεων θα πρέπει να είναι αρκετή για τη σωστή λειτουργία του μαγνητικού πεδίου του πλανήτη.