Ученые определили время исчезновения магнитного поля Луны

Обычный компас будет бесполезен на Луне, которой сегодня не хватает глобального магнитного поля. Но на Луне существовало магнитное поле миллиарды лет назад, и оно, вероятно, было даже сильнее, чем поле Земли сегодня.

Ученые считают, что это лунное поле, как и поле Земли, было создано мощным динамо — движением ядра Луны. В какой-то момент это динамо и созданное им магнитное поле прекратились. Теперь ученые точно определили время окончания лунного динамо — около 1 миллиарда лет назад.

Новое время исключает некоторые теории того, что двигало лунное динамо на более поздних стадиях, и поддерживает один конкретный механизм: кристаллизацию ядра. Когда внутреннее железное ядро Луны кристаллизовалось, электрически заряженная жидкость жидкого ядра плавно перемешивалась, создавая «динамо-машину».

«Магнитное поле — это та туманная вещь, которая пронизывает пространство, подобно невидимому силовому полю», — говорит Бенджамин Вайсс, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах в Массачусетском технологическом институте. «Мы показали, что динамо, которое создавало магнитное поле Луны, остановилось где-то между 1,5 и 1 миллиардом лет назад».

Он и его коллеги изучили два образца лунных пород, собранных астронавтами во время миссий «Аполлона», которые, как представляется, подверглись огромному воздействию около 1 миллиарда лет назад и в результате были расплавлены и соединены вместе таким образом, что их древняя магнитная запись была почти стерта.

Ученые взяли образцы в лабораторию и сначала проанализировали ориентацию электронов каждой породы, которые они описывают как «маленькие компасы», которые либо выравниваются в направлении существующего магнитного поля, либо появляются в случайных ориентациях в отсутствие такового.

Для обоих образцов ученые наблюдали последнее: случайные конфигурации электронов, предполагая, что породы образовались в чрезвычайно слабом или практически нулевом магнитном поле, не более 0,1 микротесла.

Затем команда исследователей определила возраст обоих образцов, используя метод радиометрического датирования, который они смогли адаптировать для этого исследования.

Ученые провели образцы через ряд тестов, чтобы увидеть, действительно ли они являются хорошими магнитными регистраторами. Другими словами, после того, как они были нагреты каким-то мощным ударом, могли ли они быть достаточно чувствительными, чтобы регистрировать даже слабое магнитное поле на Луне, если оно существовало?

Чтобы ответить на это, исследователи поместили оба образца в специальную камеру и разогрели их до высоких температур, чтобы эффективно стереть их магнитную запись, а затем подвергли камни воздействию искусственного магнитного поля в лаборатории при охлаждении.

Результаты подтвердили, что эти два образца действительно были надежными магнитными регистраторами и что первоначально измеренная ими напряженность поля в 0,1 микротесла точно представляла максимально возможную величину чрезвычайно слабого магнитного поля Луны 1 миллиард лет назад. Ученые говорят, что поле в 0,1 микротесла настолько мало, что, вероятно, к этому времени лунное динамо закончилось.

Новые результаты совпадают с предсказанным временем кристаллизации ядра, предполагаемого механизма для лунного динамо, который мог бы генерировать слабое и долгоживущее магнитное поле в более поздней части истории Луны.

До кристаллизации ядра механизм, известный как прецессия, мог приводить в действие гораздо более сильное, хотя и более короткое динамо. Прецессия — это явление, при котором твердая внешняя оболочка тела, такого как Луна, в непосредственной близости от гораздо более крупного тела, такого как Земля, колеблется в ответ на гравитацию Земли. Это колебание разжигает жидкость в ядре.

Около 4 миллиардов лет назад молодая Луна, вероятно, была гораздо ближе к Земле, чем сегодня, и гораздо более восприимчива к гравитационному воздействию нашей планеты.

Когда Луна медленно удалялась от Земли, эффект прецессии уменьшился, в свою очередь ослабив динамо и магнитное поле. Вероятно, около 2,5 миллиардов лет назад кристаллизация ядра стала доминирующим механизмом, благодаря которому лунное динамо продолжало создавать слабое магнитное поле, которое продолжало рассеиваться, когда ядро ​​луны в конечном итоге полностью кристаллизовалось.

Saied Mighani et al. The end of the lunar dynamo, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aax0883