Если посмотреть на нашу Землю глазами физика, то она покажется огромным уютным инкубатором, заботливо укутанным в плотное одеяло глобального магнитного поля. Это поле работает как надежный щит, отражающий яростные потоки солнечного ветра. Луне в этом плане повезло гораздо меньше. Свой собственный магнитный генератор — бурлящее ядро — она потеряла миллиарды лет назад, и теперь представляет собой кусок камня, беззащитный перед космической радиацией.
Однако еще в 1960-х годах, когда к спутнику отправились первые аппараты серии Explorer и пилотируемые миссии Apollo, приборы зафиксировали нечто, не укладывающееся в стройную картину мертвой каменной пустыни. Над некоторыми участками лунной поверхности детекторы внезапно фиксировали дикие скачки напряженности магнитного поля, превышающие фоновые значения в десятки раз.
Среди любителей теорий заговора и авторов желтых заголовков этот факт немедленно оброс бы байками о спрятанных под реголитом базах пришельцев или работающих древних реакторах. Разумеется, ученые излишне не фантазировали и быстро выяснили, что на самой Луне есть локальные магнитные аномалии — своеобразные «веснушки» в коре, намагниченные породы, создающие крошечные, едва живые мини-магнитосферы.
Но это породило новую, куда более сложную физическую проблему, получившую название LEME (лунные внешние магнитные усиления). Загадка заключалась в масштабе явления. Сами по себе магнитные породы на поверхности слишком слабы, чтобы их влияние могло распространяться так далеко, но орбитальные аппараты буквально спотыкались об эти магнитные всплески на высоте в сотни километров. Как слабенький поверхностный магнит мог бить так далеко в космос, оставалось тайной долгие шесть десятков лет.
Ответ на этот вопрос был опубликован в свежем номере авторитетного журнала The Astrophysical Journal Letters. Команда исследователей под руководством Шу-Хуа Лай из Национального центрального университета Тайваня решила поискать решение не в недрах Луны, а в гидродинамике, то есть в законах, по которым движутся газы и жидкости. Ученые обратили внимание на фундаментальный физический процесс, возникающий на стыке двух сред, движущихся с разной скоростью. Если вы когда-нибудь видели на небе красивые облака, похожие на закручивающиеся гребни океанских волн, то вы наблюдали нестабильность Кельвина-Гельмгольца. В космосе происходит то же самое, только вместо воздуха там потоки плазмы.
Когда сверхбыстрый солнечный ветер на огромной скорости врезается в крошечные, неподвижные магнитные пузыри над лунными аномалиями, возникает сильнейший сдвиг скоростей. Долгое время физики считали, что нестабильность Кельвина-Гельмгольца в таких условиях должна создавать лишь локальную турбулентность — небольшие плазменные завихрения прямо на границе столкновения, где-то невысоко над поверхностью реголита. Это никак не объясняло данные с высотных спутников. Но исследователи из Тайваня построили новую, более сложную математическую модель и обнаружили давно упущенную из виду нелинейную ветвь этой нестабильности.
Оказалось, что при определенных условиях плазменные волны не просто закручиваются в барашки. Они порождают так называемый ударный тип нестабильности Кельвина-Гельмгольца. Взаимодействие сверхбыстрого солнечного ветра со слабыми магнитными полями лунной коры провоцирует мощнейшие ударные волны быстрых мод, которые выстреливают вертикально вверх, пронзая пространство на сотни километров.
Именно через эти бьющие в космос невидимые энергетические хлысты и пролетали космические аппараты все эти десятилетия. Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, ученые наложили результаты своих симуляций на старые, но очень точные данные, собранные зондом Lunar Prospector еще в 1998 году. Совпадение оказалось идеальным: математика наконец-то сошлась с физической реальностью.
Это открытие имеет ценность, выходящую далеко за пределы лунной орбиты. Тот же самый механизм прямо сейчас работает на Марсе, который, как и наша спутница, давно растерял свое планетарное магнитное поле, но сохранил множество намагниченных участков коры. Данные с марсианского зонда MAVEN уже подтверждают, что в марсианской плазменной среде развиваются аналогичные процессы. Понимание того, как слабые магнитные поля способны генерировать высотные ударные волны, поможет нам лучше защищать будущие исследовательские аппараты и, возможно, экспедиции астронавтов от непредсказуемой космической погоды вокруг мертвых миров.
Разрешение этой 60-летней загадки — отличный повод задуматься о природе научного поиска. Порой для великого прорыва не нужно строить циклопические телескопы или запускать новые зонды стоимостью в миллиарды долларов. Достаточно лишь посмотреть на старые данные под другим углом, добавить немного математической смелости и вспомнить, что космос — это не пустой безмолвный вакуум. Это бушующий океан плазмы, в котором даже крошечный камень способен поднять волну, долетающую до самых звезд.
Читайте также: Как появилась Луна?
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.
