Сильные, спорадически возникающие магнитные поля могут объяснить одну из вечных загадок Луны

Прошло много лет с тех пор, как различные автоматические станции вернулись с Луны с грунтом, но лунные образцы, которые они привезли домой, продолжают нас озадачивать.

Возраст некоторых из этих пород превышает 3 миллиарда лет, и, судя по всему, они образовались в присутствии сильного геомагнитного поля, подобного земному. Но у современной Луны нет магнитосферы; она слишком мала и плотна, заморожена до самого ядра.

В отличие от Земли, внутри Луны нет постоянно перемешивающегося электропроводящего материала, который в первую очередь создает геомагнитное поле. Почему же лунные породы говорят нам об обратном?

Возможно, Луна не замерзла так быстро, как мы думали; несколько миллиардов лет назад ее ядро могло быть еще слегка расплавленным.

Но даже если поле поддерживалось в течение удивительно долгого времени, сила этого поля - учитывая размеры Луны - вряд ли соответствует тому, что говорят нам поверхностные породы.

Некоторые ученые предполагают, что раньше Луна колебалась сильнее, что позволяло жидкости в ее недрах бурлить немного дольше. Постоянно падающие метеориты также могли дать Луне заряд энергии.

Ранее исследователи уже предлагали новую точку зрения на этот вопрос, предполагая, что участки лунной поверхности подвергались коротким всплескам интенсивной магнитной активности.

В последнем исследовании дуэт из Стэнфордского университета и Университета Брауна в США предложил модель, описывающую, как могли формироваться эти короткоживущие, но мощные поля.

 "Вместо того, чтобы думать о том, как создать сильное магнитное поле на протяжении миллиардов лет, возможно, существует способ периодически получать высокоинтенсивное поле", - объясняет планетолог Александр Эванс. 

"Наша модель показывает, как это может происходить, и это согласуется с тем, что мы знаем о внутреннем строении Луны".

В первые миллиарды лет существования Луны ее ядро было не намного горячее, чем расположенная над ним мантия. Это означало, что теплу из недр Луны некуда было рассеиваться, что обычно вызывает движение расплавленного материала. Легкие, более горячие частицы поднимаются вверх, пока не остынут, а более плотные, холодные частицы опускаются, пока не нагреются, и так далее, и так далее.

Что-то еще должно было перемешивать котел, создавая магнитное поле.

В молодости Луну, вероятно, покрывал океан расплавленных пород, и по мере остывания объекта эти породы затвердевали с разной скоростью.

Самые плотные минералы, такие как оливин и пироксен, опустились бы на дно и остыли первыми, а более легкие элементы, такие как титан, всплыли бы наверх и остыли последними.

Однако богатая титаном порода весила бы больше, чем твердые частицы внизу, в результате чего куски лунной коры опускались через мантию прямо в ядро.

Исследователи полагают, что этот эффект опускания продолжался по крайней мере до 3,5 миллиарда лет назад, причем за миллиард лет не менее сотни сгустков богатого титаном материала достигли "дна".

Каждый раз, когда одна из этих массивных плит, радиусом около 60 километров (37 миль), соединялась с ядром, несоответствие температур могло временно возобновить удивительный конвекционный ток, достаточно сильный, чтобы вызвать сильный импульс магнетизма.

"Можно представить себе это немного похоже на каплю воды, попавшую на горячую сковороду", - говорит Эванс.

"У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно из него вытекает большое количество тепла. Это вызывает усиление вращения в ядре, что и приводит к появлению периодически сильных магнитных полей".

Новые модели могут помочь объяснить, почему различные лунные породы демонстрируют разные магнитные сигнатуры. Возможно, магнитосфера Луны не была постоянным или последовательным явлением.

Сейчас авторы проверяют свое объяснение, изучая лунные породы, чтобы выяснить, могут ли они обнаружить слабый магнитный фон, который лишь изредка пробивается более сильными силами. Наличие слабого магнитного гула говорит о том, что сильная магнитосфера была исключением, а не правилом.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.