Новые свидетельства углубляют тайну древнего магнитного поля Луны
На обратной стороне Луны исследователи обнаружили намагниченную породу, которая может пролить свет на древнее магнитное поле Луны.
Необычная порода, погребённая на обратной стороне Луны, даёт новые ключи к давней научной загадке: древнему лунному магнитному полю.
Анализируя данные лунных зондов, команда исследователей обнаружила скальное образование, которое было гораздо плотнее и сильнее намагничено по сравнению с окружающим материалом. Это подземное образование может быть древним вулканическим комплексом, который намагнитился, когда магма поднялась из недр Луны и затвердела, не достигнув поверхности, согласно новому исследованию, опубликованному 23 сентября в журнале Science Advances.
Характеристики крупного скального тела шириной около 60 километров и глубиной около 9 километров позволяют предположить, что у Луны когда-то было магнитное поле, когда порода образовалась около 4,2 миллиарда лет назад. Поле, вероятно, составляло от одной пятой до одной трети от размера магнитного поля Земли, активного сегодня, отметили авторы исследования.
Жизнь на Земле, как мы её знаем, вероятно, была бы невозможна без её магнитного поля. Оно создаёт магнитосферу — обширную область в космосе, окружающую нашу планету. Этот небесный щит сдерживает вредный солнечный ветер, космические лучи и радиацию, не позволяя атмосфере быть сорванной.
Расплавленный металл, постоянно перемешивающийся во внешнем ядре Земли, генерирует электрические токи, которые поддерживают магнитное поле, в процессе, называемом динамо-эффектом. Механический принцип похож на велосипедное динамо, которое использует вращающееся колесо велосипеда для вращения магнитов внутри генератора и создания электрического тока для питания фар.
У Луны также могло быть магнитное поле, питаемое ядром, в прошлом, но эта активность давно прекратилась. Около 3,2 миллиарда лет назад, когда недра Луны остыли, поле значительно ослабло, согласно NASA. Без сильной защиты солнечная радиация разорвала атмосферу Луны.
Однако формирование и существование древнего магнитного поля долго были предметом дискуссий в астрономии. «Спор восходит к 1970-м годам, когда миссии „Аполлон“ впервые вернули лунные породы, показавшие признаки записи магнитного поля», — сказала соавтор исследования Анна Миттельхольц, преподаватель Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich).
Долгое время, добавила Миттельхольц, эксперты в целом соглашались, что прошлое динамо Луны было активно примерно от 4,25 до 3,5 миллиарда лет назад. «Вероятно, большинство сообщества всё ещё так считает, но за последнее десятилетие новые анализы образцов „Аполлона“ не нашли никакого магнитного сигнала для частей того же периода, — написала она в письме, — и некоторые исследователи зашли так далеко, что ставят под сомнение существование раннего динамо».
Новое исследование приносит доказательства этого раннего динамо, но без использования образцов миссий «Аполлон». Вместо этого исследователи использовали данные, собранные с орбиты лунными зондами, чтобы проанализировать регион, невидимый с Земли, называемый Девар, где они обнаружили магнитную породу.
Определение истории прошлого магнитного поля Луны является ключом к пониманию самой Луны, согласно соавтору исследования Адриену Броке, исследователю Немецкого аэрокосмического центра в Берлине.
«Земля и Луна имели кардинально разные геологические истории. Луна была меньше и долго оставалась полностью расплавленной. У неё также было много вулканизма на раннем этапе, и есть много вопросов, на которые мы не можем точно ответить, если не знаем, как Луна выглядела тогда, — сказал Броке. — Анализ магнитного поля Луны — хороший способ оценить, как Луна выглядела на раннем этапе».
Полученные результаты потенциально могут выйти за пределы Луны, помогая учёным изучать другие небесные тела, добавила Миттельхольц. Если Луна «смогла поддерживать динамо в течение какого-либо времени, это говорит нам о минимальных условиях, необходимых для поддержания динамо, — сказала она. — Правильное понимание её истории помогает откалибровать то, что мы считаем возможным для других малых каменистых и ледяных тел».
Каменистый спор об образцах «Аполлона»
Исследователи использовали данные зондов NASA, включая Lunar Prospector, запущенный в 1998 году; Kaguya, запущенный в 2007 году; и GRAIL, запущенный в 2011 году.
Одно из преимуществ использования орбитальных данных вместо лунных пород состоит в том, что образцы были извлечены из их геологического контекста более 50 лет назад, согласно Миттельхольц.
«Их магнитная запись может быть легко нарушена нагревом, ударом или даже обычной обработкой и хранением в лаборатории, — сказала она. — Так что два образца, которые выглядят похоже, могут в итоге дать разные ответы, не обязательно потому, что поля Луны не было, а потому, что сами доказательства имели много возможностей быть перепутанными по пути».
Исследователи использовали орбитальные данные и раньше для изучения лунного магнитного поля, но новое исследование применяет другой подход.
«Другие магнитные исследования с использованием спутниковых наборов данных обычно рассматривают магнитный сигнал сам по себе и пытаются определить, какая порода могла его произвести, — сказала Миттельхольц. — Мы вместо этого объединили магнитные данные с гравитационными данными в одной модели».
Гравитационные измерения описывали плотность обнаруженной породы, а магнетизм сообщал, насколько сильно она намагничена, объяснила она.
«Вместе они позволяют нам определить фактическую погребённую структуру, а не просто сигнал, который мог быть произведён множеством конфигураций намагниченной породы», — сказала она.
Исследователи не смогли оценить, как долго могло существовать активное динамо, и сказали, что неясно, как небольшое лунное ядро могло генерировать магнитное поле, потенциально такое же сильное, как у Земли, как предполагали предыдущие исследования. Однако авторы нового исследования заявили, что, по их мнению, их находки смещают спор с вопроса, было ли у Луны динамо, на вопрос, как оно работало.
Существовала ли когда-то жизнь на Луне?
Более ранние исследования указывали на разные гипотезы о формировании лунного магнитного поля. Статья 2025 года показала, что удар крупного астероида мог временно усилить существующее, более слабое магнитное поле. Февральское исследование на основе образцов «Аполлона» предположило вместо этого, что плавление пород, богатых титаном, глубоко внутри Луны временно усилило магнитное поле спутника, заставляя его мерцать со временем.
В рамках нового исследования учёные также заметили нечто странное в лунных вихрях — участках поверхности Луны, которые ярче окружающих. Вихри часто сочетаются с магнитными аномалиями, или областями, где порода намагничена, обнаружило исследование.
«Ведущая гипотеза состоит в том, что эти магнитные аномалии отклоняют солнечный ветер и защищают поверхность от выветривания им», — сказал ведущий автор исследования Си Ян, докторант кафедры наук о Земле и планетах в ETH Zurich.
Хотя это наблюдение лишь предварительное, добавил Ян, оно может означать, что в будущем вихри помогут определить области поверхности Луны, более защищённые от вредного солнечного ветра, что было бы ценно для лунных миссий.
Магнитные поля Луны и не только
Новое исследование дополнительно поддерживает идею, что Луна была способна генерировать интенсивное динамо на раннем этапе своей истории, согласно Клэр Николс, доценту геологии планетных процессов в Оксфордском университете в Англии. Она не участвовала в новом исследовании.
Однако, добавила Николс в письме, нужно гораздо больше работы, чтобы понять, как долго Луна могла генерировать динамо и насколько активность этого динамо варьировалась.
«В целом, я думаю, это исследование даёт дополнительную мотивацию продолжать пополнять наши наблюдения во время предстоящих миссий, таких как Artemis и Chang’e, — сказала она, имея в виду лунные исследовательские программы NASA и Китайского национального космического управления соответственно. — О Луне всё ещё остаётся много открытых вопросов, которые нам предстоит выяснить».
Новое исследование также добавляет к растущему объёму доказательств того, что Луна когда-то обладала более сильным магнитным полем более 4 миллиардов лет назад, сказал Айзек Нарретт, ведущий автор не связанного с этим исследования 2025 года о лунном магнитном поле. Нарретт, докторант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, не участвовал в исследовании.
Используя данные, собранные орбитальными лунными зондами, добавил Нарретт, исследование оставляет место для будущей работы, «закладывая основу для раскрытия ключей планетарной эволюции с другими гравитационными и магнитными наборами данных Луны, Меркурия и Марса».
