Массивное столкновение могло временно усилить слабое магнитное поле Луны, вызвав кратковременный всплеск, который сохранился в некоторых лунных породах.
На протяжении десятилетий ученые бились над простым вопросом: что случилось с магнетизмом Луны? Приборы на орбитальных космических аппаратах когда-то обнаружили сильные магнитные следы в лунных поверхностных породах, что указывало на мощное поле в прошлом. Однако сама Луна сегодня не обладает присущим ей магнетизмом.
Исследователи из Массачусетского технологического института теперь полагают, что они, возможно, раскрыли ответ. Их гипотеза предполагает, что Луна когда-то обладала слабым магнитным полем, и когда произошло массивное столкновение, оно произвело всплеск плазмы, который временно усилил это поле, особенно на обратной стороне Луны.
В результатах, опубликованных в Science Advances, команда использовала подробные симуляции для проверки этого сценария. Они показали, что столкновение размером с астероид могло создать облако заряженных частиц, которое на короткое время окружило Луну. По мере того как плазма распространялась по лунной поверхности и собиралась на стороне, противоположной месту столкновения, она взаимодействовала бы со слабым полем Луны, вызывая кратковременное, но мощное усиление. Во время этого мимолетного эпизода породы в регионе могли поглотить и сохранить запись усиленного магнетизма до того, как он быстро исчез.
Эта последовательность событий предлагает правдоподобное объяснение необычно магнитных пород, найденных вблизи южного полюса Луны, на обратной стороне. Примечательно, что бассейн Имбриум — один из крупнейших известных ударных кратеров — находится почти точно напротив этого региона на ближней стороне. Исследователи предполагают, что событие, создавшее бассейн Имбриум, вероятно, породило плазменное облако, которое привело процесс в движение.
«Есть большие части лунного магнетизма, которые до сих пор необъяснимы», — говорит ведущий автор Исаак Нарретт, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Массачусетского технологического института. «Но большинство сильных магнитных полей, измеряемых орбитальными космическими аппаратами, можно объяснить этим процессом — особенно на обратной стороне Луны».
Отслеживание лунного магнетизма
В течение многих лет ученые признавали, что Луна сохраняет следы древнего магнитного поля. Доказательства получены как из лунных образцов эпохи Аполлона, доставленных в 1960-х и 70-х годах, так и из дистанционных измерений, собранных орбитальными космическими аппаратами. Эти исследования показывают, что поверхностные породы, особенно на обратной стороне Луны, до сих пор несут следы магнетизма.
Широко распространенное объяснение состоит в том, что Луна когда-то генерировала глобальное магнитное поле посредством механизма «динамо», движимого движением внутри расплавленного ядра. Земля производит свое нынешнее магнитное поле таким же образом, и считается, что Луна могла делать что-то подобное в прошлом. Однако, поскольку ядро Луны гораздо меньше, любое динамо, которое оно поддерживало, вероятно, было бы слабым, недостаточным для полного объяснения сильно намагниченных пород, найденных в определенных регионах.
Другая возможность, исследуемая на протяжении многих лет, состоит в том, что массивное столкновение создало плазму, которая затем временно усилила слабое магнитное поле. В 2020 году Оран и Вайс проверили этот сценарий с помощью симуляций крупного столкновения в сочетании с солнечным магнитным полем, которое достигает Луны, но очень слабо на таком расстоянии.
Их симуляции исследовали, может ли такое столкновение усилить солнечное поле достаточно, чтобы соответствовать высоким уровням магнетизма, обнаруженным в лунных породах. Результаты показали, что нет, что фактически поставило под сомнение плазменные удары как основное объяснение загадочной магнитной записи Луны.
Новый подход к симуляции
Но в своем новом исследовании ученые пошли другим путем. Вместо того чтобы учитывать магнитное поле Солнца, они предположили, что Луна когда-то имела динамо, которое производило собственное магнитное поле, хотя и слабое. Учитывая размер его ядра, они подсчитали, что такое поле составляло бы около 1 микротеслы, или в 50 раз слабее, чем поле Земли сегодня.
Исходя из этого, исследователи смоделировали крупное столкновение с поверхностью Луны, подобное тому, что могло бы создать бассейн Имбриум на ближней стороне Луны. Используя симуляции столкновений Катарины Милькович, команда затем смоделировала облако плазмы, которое такое столкновение могло бы генерировать по мере того, как сила удара испаряла поверхностный материал. Они адаптировали второй код, разработанный сотрудниками Мичиганского университета, для моделирования того, как образующаяся плазма будет течь и взаимодействовать со слабым магнитным полем Луны.
Эти симуляции показали, что по мере того, как облако плазмы возникало в результате столкновения, часть его расширялась в космос, в то время как остальная часть обтекала Луну и концентрировалась на противоположной стороне. Там плазма сжимала и кратковременно усиливала слабое магнитное поле Луны. Весь этот процесс, от момента усиления магнитного поля до момента его ослабления до базового уровня, был бы невероятно быстрым — около 40 минут, говорит Нарретт.
Будет ли этого короткого промежутка времени достаточно для того, чтобы окружающие породы зафиксировали мгновенный магнитный всплеск? Исследователи говорят, что да, с некоторой помощью другого, связанного с ударом эффекта.
Ударные волны выравнивают электроны
Они обнаружили, что удар Имбриумского масштаба послал бы ударную волну через Луну, подобную сейсмическому толчку. Эти волны сошлись бы на другой стороне, где удар «потряс» бы окружающие породы, кратковременно нарушив электроны пород — субатомные частицы, которые естественным образом ориентируют свои спины в соответствии с любым внешним магнитным полем. Исследователи подозревают, что породы были потрясены как раз в тот момент, когда плазма удара усиливала магнитное поле Луны. Когда электроны пород оседали обратно, они принимали новую ориентацию, соответствующую мгновенно высокому магнитному полю.
«Это как если бы вы подбросили колоду из 52 карт в воздух в магнитном поле, и каждая карта имела бы стрелку компаса», — говорит Вайс. «Когда карты опускаются обратно на землю, они делают это в новой ориентации. Это, по сути, процесс намагничивания».
Исследователи говорят, что эта комбинация динамо плюс крупного удара, в сочетании с ударной волной удара, достаточна для объяснения сильно намагниченных поверхностных пород Луны — особенно на обратной стороне. Один из способов убедиться в этом — непосредственно отобрать образцы пород на предмет признаков удара и сильного магнетизма. Это может быть возможно, так как породы находятся на обратной стороне, вблизи южного полюса Луны, где планируют исследовать такие миссии, как программа НАСА «Артемида».
«В течение нескольких десятилетий существовала своего рода загадка магнетизма Луны — это от ударов или от динамо?» — говорит Оран. «И здесь мы говорим, что это немного и то, и другое. И это проверяемая гипотеза, что приятно».
Ссылка: «Усиление древнего лунного динамо плазмой удара» Исаак С. Нарретт, Рона Оран, Юйси Чэнь, Катарина Милькович, Габор Тот, Элиас Н. Мансбах и Бенджамин П. Вайс, 23 мая 2025 г., Science Advances.
Читайте также: Луна родилась раньше, чем мы думали: новые открытия меняют историю Земли
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.