Имеет ли луна магнитное поле. Луна важна для поддержания магнитного поля земли

Магнитное поле Луны существовало на миллиард лет дольше, чем считалось ранее, обнаружили исследователи. Открытие проливает свет на одну из главных тайн Луны и расширяет возможности поиска обитаемых миров за пределами Земли.

Сегодня Луна не имеет магнитного поля, но так было не всегда; 4,25–3,56 млрд лет назад лунное магнитное поле было таким же, как у Земли. Поле образовалось благодаря круговому движению жидкостей в расплавленном ядре Луны — так называемому лунному динамо.

TuiPhotoEngineer | Shutterstock

Ученые долго затруднялись в определении даты исчезновения магнитного поля. Предыдущие исследования не могли точно сказать, исчезло ли поле полностью 3,19 млрд лет назад или осталось в более слабой форме.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые решили изучить образцы горной породы моложе 3,56 млрд лет, рассказывает Соня Тику, планетолог и соавтор исследования из Ратгерского университета (Канада).

Тику и ее коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Массачусетского технологического университета (США) проанализировали кусок горной породу, которую доставила на Землю миссия «Аполлон-15» в 1971 году. Образец содержит фрагменты базальта, который отломился от более крупных валунов. Датирование, основанное на соотношении разных изотопов аргона, показало, что базальт сформировался из лавы, излившейся 3,3 млрд лет назад.

Фрагменты базальта связаны вместе стекловидным материалом, который сформировался, когда минерал расплавился от удара метеорита. Исследователи считают, что стекловидный материал сформировался 1–2,5 млрд лет назад. Удар также расплавил содержащие железо зерна в базальте. Они вновь кристаллизовались в стекловидном материале, когда он быстро остыл, «записав» магнитное поле Луны.

После серии экспериментов при разной температуре команда выяснила, что зерна сформировались, когда Луна имела магнитное поле в 10 раз слабее земного.

Такое поле в 1000 раз сильнее, чем то, которое измерили астронавты, и намного сильнее, чем было бы поле, созданное за счет Земли.

Тику уверена, что лунное динамо все еще работало 1–2,5 млрд лет назад. Долгое существование поля исключает то, что динамо стало результатом сильных ударов, которые могли породить только временные магнитные поля. Но удары, достаточно сильные, чтобы создать даже временное магнитное поле, завершились почти 3,7 млрд лет назад. Скорее всего, говорит Тику, роль сыграло множество механизмов.

Сильное магнитное поле Луны, вероятно, было сформировано влиянием гравитационного притяжения Земли на лунную мантию и колебаниями мантии, которые начинали водоворот в жидком ядре Луны. Однако по мере того как Луна удалялась от Земли, и гравитационное притяжение становилось слабее, начал преобладать другой механизм, который производил более слабое поле.

Есть вероятность, что более слабое поле образовалось, когда ядро Луны остывало, а энергия выделялась за счет затвердевающего железа и взбалтывания ядра более легкими элементами, такими как углерод и сера.

Результаты исследования важны, когда речь идет об инопланетных мирах, которые могут поддерживать жизнь. Небольшие планетные тела нельзя вычеркивать из списка тех, которые могут иметь постоянные магнитные поля — важный фактор для наличия атмосферы и воды.

Магнитное поле

Гравитационные эффекты, обусловленные наличием Луны и Солнца, вызывают циклическую деформацию мантии Земли, тем самым раскачивая её ось вращения. Это механическое воздействие, влияет на всю планету в целом и вызывает сильные токи во внешнем ядре, которое состоит из жидкого железа обладающего очень низкой вязкостью. Такие токи достаточны для создания магнитного поля Земли.

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряжённых частиц и излучения, которые порождаются Солнцем. Этот щит формируется благодаря геодинамо, быстрому движению огромных количеств жидкого сплава железа во внешнем ядре Земли. Для поддержания этого магнитного поля до сегодняшнего дня, согласно классической модели, требовалось наличие у Земли ядра, которое охладилось примерно на 3000°С за последние 4,3 млрд. лет.

Теперь же, команда исследователей из CNRS и университета Паскаля заявляет, что температура ядра упала всего на 300°C. Это связано с тем, что до сих пор учёными не учитывалось действие Луны, которая, как полагают, компенсировала эту разницу и поддерживала геодинамо в активном состоянии. Работа исследователей была опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth и Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли имеет парадокс: при работе геодинамо, ядро Земли, полностью расплавленное четыре миллиарда лет назад и имеющее на тот момент температуру около 6800°C на сегодняшний день, должно было бы остыть до 3800°C. Однако последние моделирования ранней эволюции внутренней температуры планеты, вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов, не подтвердили такое охлаждение. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка сплющенную форму и вращается вокруг наклонной оси, которая качается вокруг полюсов. Её мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может непрерывно стимулировать движение жидкого сплава железа, составляющего внешнее ядро, и в свою очередь, генерировать магнитное поле Земли. За счёт передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце Земля непрерывно получает 3700 млрд ватт мощности, из них более 1000 млрд ватт, как полагают исследователи, доступно для создания такого типа движения во внешнем ядре. Этой энергии достаточно для того, чтобы генерировать магнитное поле Земли, тем самым позволяя решить основной парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже задокументировано на примере двух спутников Юпитера: Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг своей оси, ни направление её оси, ни орбита Луны не являются постоянными, их совокупное влияние на движение в ядре является неустойчивым и может вызывать колебания в динамо. Этот процесс может объяснить наличие более тёплых областей во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли. Что в свою очередь могло приводить крупным вулканическим событиям в истории Земли. Новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки простых приливов.

Несколько миллиардов лет назад Луна обладала примерно таким же сильным магнитным полем, как и Земля, хотя напряженность его была примерно в 30 раз меньше. Магнитное поле Земли и некоторых других планет выполняет защитную функцию, отклоняя большую часть солнечного ветра, разрушающего озоновый слой.

Магнитное поле Земли генерируется движением частиц жидкого ядра. Ядро Луны имеет несколько другое строение и оно гораздо меньше по размеру. Но ученые высказали предположение и почти доказали то, что много лет назад внутри Луны было именно такое ядро. Оно и создавало мощное магнитное поле. Наличие намагниченности вокруг Луны опровергает теорию о том, что данная планета является огромным каменным образованием и не может иметь собственного ядра. Заглянуть в лунные недра и хорошо изучить строение не представляется возможным, но по определенным косвенным признакам это сделать можно.

Вторая гипотеза заключалась в том, что намагниченность вызвана не небольшим металлическим ядром Луны, а толстым слоем расплавленной (жидкой) породы, находящейся поверх него.

Магнитное поле современной Луны

На самом деле магнитное поле современной планеты Луна состоит из постоянных и переменных потоков. Постоянные поля создают намагниченные породы поверхности. Они очень быстро меняются от одной точки к другой. В недрах Луны возникают переменные поля.

Магнитное поле Луны в настоящее время очень слабое. Напряженность его составляет примерно 0,5 гамм. Специалисты разъясняют, что это примерно 0,1 % от напряженности земного поля. Электрическое поле вблизи Луны не измерялось, но были проведены исследования и ученые выяснили, что оно есть и из-за значительного приливного воздействия со стороны Земли внутри Луны должно произойти сильное перераспределение электрических зарядов.

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряженных частиц и излучения, которые приходят к нам от Солнца. Этот щит создается стремительным движением огромного количества расплавленного железа во внешнем ядре Земли (геодинамо). Для того, чтобы магнитное поле сохранилось до наших дней, в классической модели предусматривается охлаждение ядра на 3000 градусов по Цельсию в течение последних 4,3 миллиардов лет.

Однако, группа исследователей из Национального центра научных исследований Франции и Университета Блеза Паскаля сообщили, что температура ядра упала всего на 300 градусов. Действие Луны, игнорирующееся ранее, компенсировало разницу температур и поддерживало геодинамо. Работа опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли породила парадокс. Для того, чтобы геодинамо работало, Земля должна была быть полностью расплавленной 4 миллиарда лет назад, а ее ядро должно было медленно охладится от 6800 градусов в тот момент до 3800 градусов сегодня. Но недавнее моделирование ранней эволюции внутренней температуры планеты вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов не поддерживают такого охлаждения. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка приплюснутую форму и наклонную ось вращения, которая качается вокруг полюсов. Ее мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может постоянно стимулировать движение расплавленного железа во внешнем ядре, что в свою очередь генерирует магнитное поле Земли.

Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг совей оси, ни направление оси, ни орбита Луны не регулярны, их совокупный эффект является неустойчивым и может вызывать колебания в геодинамо. Этот процесс может объяснить некоторые тепловые импульсы во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли.

Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.

В то же время высказываются предположения, что Луна причастна к перемешиванию ядра Земли. Луна может быть причастна к перемешиванию земного ядра. К такому выводу после исследований пришли французские ученые, о чем говорится на страницах издания Earth and Planetary Science Letters.

Как сообщают французские планетологи и геофизики, Луна может перемешивать ядро Земли с помощью приливных сил, поддерживая таким образом геомагнитное поле. Как известно, магнитное поле защищает планету от заряженных космических частиц, но столь продолжительный период оно не удерживалось бы только благодаря Земле.

Есть версия, что Луна способствует перемешиванию жидкого внешнего ядра из железа и никеля, что не дает остыть этим элементам и позволяет им продолжать свою деятельность. Как считалось ранее, работа геомагнитного поля обеспечивается вращением Земли, а также разницей температур между внутренними и внешними слоями.

Ученые подсчитали, что внешние ядра должны были остыть на 5,4 тысяч градусов за 4,3 миллиарда лет, но в итоге охладились всего лишь на несколько сотен градусов. Это говорит о том, что на механизм магнитного поля Земли действует еще и внешний механизм. Им могут выступать приливные силы, которые возникают из-за гравитационного поля Луны.

Той энергии, которую Земля получает за счет приливных сил, должно хватить на корректную работу магнитного поля планеты.

Магнитное поле Луны, это загадка, которая не давала покоя астрофизикам, ведь если оно существует, значит, этому есть причины. И, как оказалось, действительно, магнитное поле Луны может быть обусловлено тем, что оно имеет в своем распоряжении ядро, которое по своему составу и свойствам напоминает земное «сердце». Когда в 60-70 годы Аполлоны начали доставлять с Луны образцы пород, ученые удивились, ведь в существующих условиях слабого притяжения, эти образцы должны были быть несколько иными. С той поры в мире появилось две противоположных научных точки зрения. По первой считается, что Луна всегда была такой, какой мы ее знаем, она сформировалась только благодаря ударам тех метеоритов, которые оставили на ней большие кратеры.

А согласно второй теории, внешняя оболочка Луны была сформирована благодаря тем процессам, которые протекают под поверхностью оболочки Луны. Как оказалось при исследовании образцов, привезенных на Землю с Луны тридцать лет назад, большая часть из них была сформирована самой Луной, на них не оказывали воздействие метеориты. А значит, ее формирование связано с тем, какие тектонические процессы происходили в ядре Луны и в верхних слоях мантии, которая со временем отвердела. Исследователям Массачусетского технологического института удалось установить то, что внутри луны даже сейчас находится ядро, которое состоит из расплавленного железа. Все больше исследований ссылаются на то, что внутри Луны может находиться большое расплавленное железное ядро, во всяком случае, большая часть исследований указывает именно на это. Ян Гэррик-Бэтелл, руководитель научной группы, приходит как раз к такому выводу.

Наверное, стоит объяснить, почему ученые уделяют такое большое внимание, ученые уделяют строению Луны, почему они считают, что ядро, это нечто невероятное, ведь в Земле оно есть, почему бы ему не быть и в нашем самом ближайшем спутнике. На самом деле, ученые долгое время считали, что это образование Луна, относится к неким реликтам Солнечной системы. Она представляет собой просто большой каменный шар, который не может иметь своего собственного ядра. Но это заблуждение легко можно объяснить, ведь на самом деле - определить то, что находится внутри Луны не так уж и просто, потому, что эта непростая задача. Ведь проникнуть на такие глубины невозможно. А сделать верное предположение можно было только тогда, когда был собран достаточный материал с поверхности и появились «продвинутые методы исследования». Действительно, сейчас по спутнику собрано большое количество фактического материала, что значительно облегчает понимание тех процессов, которые на нем происходят. Но как будет продвигаться дальнейшее исследование, сказать не может никто - нужны уточняющие данные относительно структуры и развития геологии и тектоники Луны.