Магнітна сила землі впливає на місяць. Магнітне поле Місяця – загадка розгадана

Магнітне поле Місяця існувало на мільярд років довше, ніж уважалося раніше, виявили дослідники. Відкриття проливає світло на одну з головних таємниць Місяця та розширює можливості пошуку заселених світів за межами Землі.

Сьогодні Місяць немає магнітного поля, але не завжди; 4,25 3,56 млрд років тому місячне магнітне поле було таким же, як у Землі. Поле утворилося завдяки круговому руху рідин у розплавленому ядрі Місяця так званому місячному динамо.

TuiPhotoEngineer | Shutterstock

Вченим довго важко було у визначенні дати зникнення магнітного поля. Попередні дослідження не могли точно сказати, чи зникло поле повністю 3,19 млрд років тому, чи залишилося в слабшій формі.

Щоб відповісти на це питання, вчені вирішили вивчити зразки гірської породи молодше 3,56 млрд років, розповідає Соня Тіку, планетолог та співавтор дослідження з Ратгерського університету (Канада).

Тику та її колеги з Каліфорнійського університету в Берклі (США) та Массачусетського технологічного університету (США) проаналізували шматок гірської породи, яку доставила на Землю місія «Аполлон-15» у 1971 році. Зразок містить фрагменти базальту, який відламався від великих валунів. Датування, засноване на співвідношенні різних ізотопів аргону, показало, що базальт сформувався з лави, що вилилася 3,3 млрд. років тому.

Фрагменти базальту пов'язані разом склоподібним матеріалом, що сформувався, коли мінерал розплавився від удару метеориту. Дослідники вважають, що склоподібний матеріал сформувався 12,5 млрд років тому. Удар також розплавив залізо, що містять, зерна в базальті. Вони знову кристалізувалися в склоподібному матеріалі, коли він швидко охолонув, записавши магнітне поле Місяця.

Після серії експериментів за різної температури команда з'ясувала, що зерна сформувалися, коли Місяць мав магнітне поле в 10 разів слабше за земне.

Таке поле у 1000 разів сильніше, ніж те, що виміряли астронавти, і набагато сильніше, ніж було б поле, створене за рахунок Землі.

Тику впевнена, що місячне динамо все ще працювало 12,5 млрд років тому. Довге існування поля виключає те, що динамо стало результатом сильних ударів, які могли породити лише тимчасові магнітні поля. Але удари досить сильні, щоб створити навіть тимчасове магнітне поле, завершилися майже 3,7 млрд років тому. Швидше за все, каже Тику, роль відіграла безліч механізмів.

Сильне магнітне поле Місяця, ймовірно, було сформовано впливом гравітаційного тяжіння Землі на місячну мантію та коливаннями мантії, які починали вир у рідкому ядрі Місяця. Однак у міру того як Місяць віддалявся від Землі, і гравітаційне тяжіння ставало слабшим, почав переважати інший механізм, який робив слабше поле.

Є ймовірність, що слабше поле утворилося, коли ядро Місяця остигало, а енергія виділялася за рахунок заліза, що твердіє, і збовтування ядра легшими елементами, такими як вуглець і сірка.

Результати дослідження важливі, коли йдеться про інопланетні світи, які можуть підтримувати життя. Невеликі планетні тіла не можна викреслювати зі списку тих, які можуть мати постійні магнітні поля, важливий фактор для наявності атмосфери та води.

Розплавлене ядро Місяця у виставі художника

Hernán Cañellas

Місячне магнітне поле зникло на мільярд років пізніше, ніж вважалося раніше - повідомляють американські планетологи у статті, опублікованій у журналі Science Advances. Вчені заявляють, що воно могло існувати ще 2,5 мільярда років тому. Такого висновку дослідники дійшли, вивчивши зразок місячних порід, отриманий місією «Аполлон-15» 1971 року.

Сьогодні Місяць не має глобального магнітного поля, проте так було не завжди. Вважається, що в проміжку між 4,25 і 3,56 мільярда років тому, місячне магнітне поле було схоже на Земне. На думку вчених, воно створювалося бурхливим рухом рідин усередині розплавленого ядра супутника - це називається магнітним динамо. Однак досі було невідомо, коли саме місячне магнітне поле зникло: у попередніх роботах планетологи не могли чітко сказати, чи зникло воно зовсім 3,19 мільярда років тому, чи продовжувало існувати, просто у слабшій формі.

Щоб відповісти на це питання, дослідники з Каліфорнійського університету до Берклі та Массачусетського технологічного інституту провели аналіз фрагменту місячних порід. Зразок, що є брекчією переважно з розплавленого скла та уламків базальту, був узятий з кратера Дюна в районі Моря Дощів. Згідно з аналізом співвідношення ізотопів аргону, частки базальту сформувалися з потоків лави приблизно 3,3 мільярда років тому. Скляна матриця, що з'єднує фрагменти воєдино, ймовірно утворилася після падіння на Місяць метеорита приблизно 1 - 2,5 мільярда років тому.

Однак, що важливіше, під час падіння розплавилися частки заліза всередині базальту - метал втратив свою вихідну намагніченість. У міру остигання скла залізо охололо, знайшовши намагніченість у напрямку магнітного поля Місяця, подібно до стрілки компаса, зберігши таким чином сліди його впливу.

Планетологи дослідили 20 взаємно орієнтованих металевих зерен, що знаходилися у зразках, які доставили астронавти місії «Аполлон-15». Спочатку вчені, використовуючи високочутливий магнітометр, виміряли природні магнітні властивості зразків. Важливо зауважити, що за 45 років зберігання на Землі зерна частково змінили свою намагніченість під дією земного магнітного поля. Однак авторам вдалося за непрямими ознаками встановити, що й до доставки на Землю зерна заліза були намагнічені в один бік. Потім у лабораторній печі, де було знижено вміст кисню, вчені нагріли зразки до високих температур (від 600 до 780 градусів Цельсія), паралельно піддавши їх впливу магнітного поля з відомою індукцією. Дослідники вимірювали, як змінюватиметься намагніченість порід зі збільшенням температури.

"Ви бачите, як [зразок] намагнічується при нагріванні в магнітному полі з відомою силою, а потім ви порівнюєте це магнітне поле з природним магнітним полем, виміряним раніше, і завдяки цьому ви можете дізнатися, яким магнітне поле було в давнину", - коментує один із авторів роботи, Бенджамін Вайс (Benjamin Weiss).

Експеримент показав, що 1 - 2,5 мільярда років тому Місяць мав магнітне поле з індукцією 5 мікротесла. Це приблизно на два порядки слабше, ніж 3 – 4 мільярди років тому. Така величезна різниця, на думку дослідників, може вказувати, що за місячне динамо відповідало два різні механізми. Зокрема, автори роботи припускають, що до 3,56 мільярда років тому магнітне динамо створювало орбітальну прецесію Місяця, яка знаходилася набагато ближче до Землі, ніж зараз. Потім, коли супутник віддалився від нас, ймовірно набув чинності інший процес, який підтримував слабке магнітне поле ще, близько мільярда років. Дослідники припускають, що це термохімічна конвекція. Потім, коли ядро поступово охололо, магнітне динамо згасло.

Зараз дослідники планують вивчити молодші зразки місячних порід, щоб з'ясувати, коли місячне магнітне поле зникло остаточно.

Нещодавно вчені підтвердили існування магнітного поля для виникнення життя на планеті. Саме воно врятувало атмосферу Землі від молодого Сонця. Крім того, відсутність магнітного поля вважається однією з причин, через яку Марс свою газову оболонку.

Христина Уласович

Магнітне поле Землі постійно захищає нас від заряджених частинок та випромінювання, які приходять до нас від Сонця. Цей щит створюється швидким рухом великої кількості розплавленого заліза у зовнішньому ядрі Землі (геодинамо). Для того, щоб магнітне поле збереглося до наших днів, у класичній моделі передбачається охолодження ядра на 3000 градусів за Цельсієм протягом останніх 4,3 мільярда років.

Проте, група дослідників з Національного центру наукових досліджень Франції та Університету Блеза Паскаля повідомили, що температура ядра впала лише на 300 градусів. Дія Місяця, яка ігнорується раніше, компенсувала різницю температур і підтримувала геодинамо. Роботу опубліковано 30 березня 2016 року в журналі Earth and Planetary Science Letters.

Класична модель формування магнітного поля Землі породила феномен. Для того, щоб геодинамо працювало, Земля мала бути повністю розплавленою 4 мільярди років тому, а її ядро мало повільно охолоне від 6800 градусів у той момент до 3800 градусів сьогодні. Але недавнє моделювання ранньої еволюції внутрішньої температури планети разом із геохімічними дослідженнями складу найстаріших карбонатитів та базальтів не підтримують такого охолодження. Таким чином, дослідники припускають, що геодинамо є ще одне джерело енергії.

Земля має злегка плескату форму і похилу вісь обертання, яка гойдається навколо полюсів. Її мантія пружно деформується через припливні ефекти, викликані Місяцем. Дослідники показали, що цей ефект може постійно стимулювати рух розплавленого заліза у зовнішньому ядрі, що генерує магнітне поле Землі. Наша планета безперервно отримує 3700 мільярдів Вт потужності через передачу гравітаційної енергії обертання системи Земля-Луна-Сонце, і понад 1000 мільярда Вт, як вважають вчені, доступно для геодинамо. Цієї енергії достатньо для генерації магнітного поля Землі, і разом із Місяцем це пояснює головний парадокс класичної теорії. Вплив гравітаційних сил на магнітне поле планети вже давно підтверджено на прикладі супутників Юпітера Іо та Європи, а також для екзопланет.

Оскільки ні обертання Землі навколо своєї осі, ні напрямок осі, ні орбіта Місяця не регулярні, їх сукупний ефект є нестійким і може викликати коливання в геодинамо. Цей процес може пояснити деякі теплові імпульси у зовнішньому ядрі та на його кордоні з мантією Землі.

Таким чином, нова модель показує, що вплив Місяця на Землю виходить далеко за межі припливів та відливів.

Наша планета безперервно отримує 3700 мільярдів Вт потужності через передачу гравітаційної енергії обертання системи Земля-Луна-Сонце, і понад 1000 мільярда Вт, як вважають вчені, доступно для геодинамо. Цієї енергії достатньо для генерації магнітного поля Землі, і разом із Місяцем це пояснює головний парадокс класичної теорії. Вплив гравітаційних сил на магнітне поле планети вже давно підтверджено на прикладі супутників Юпітера Іо та Європи, а також для екзопланет.

Таким чином, нова модель показує, що вплив Місяця на Землю виходить далеко за межі припливів та відливів.

У той же час висловлюються припущення, що Місяць причетний до перемішування ядра Землі. Місяць може бути причетним до перемішування земного ядра. Такого висновку після досліджень дійшли французькі вчені, про що йдеться на сторінках видання Earth and Planetary Science Letters.

Як повідомляють французькі планетологи та геофізики, Місяць може перемішувати ядро Землі за допомогою приливних сил, підтримуючи таким чином геомагнітне поле. Як відомо, магнітне поле захищає планету від заряджених космічних частинок, але такий тривалий період воно не утримувалося тільки завдяки Землі.

Є версія, що Місяць сприяє перемішування рідкого зовнішнього ядра із заліза та нікелю, що не дає охолонути цим елементам і дозволяє їм продовжувати свою діяльність. Як вважалося раніше, робота геомагнітного поля забезпечується обертанням Землі, а також різницею температур між внутрішніми та зовнішніми шарами.

Вчені підрахували, що зовнішні ядра повинні були охолонути на 5,4 тисячі градусів за 4,3 мільярда років, але в результаті охолонули лише на кілька сотень градусів. Це свідчить, що у механізм магнітного поля Землі діє ще й зовнішній механізм. Їм можуть виступати приливні сили, що виникають через гравітаційне поле Місяця.

Тієї енергії, яку Земля отримує за рахунок приливних сил, має вистачити на коректну роботу магнітного поля планети.