Древнее магнитное поле Луны могло периодически включаться и выключаться

Фото из открытых источников

Миллиарды лет назад плавление горных пород глубоко внутри Луны могло привести к вспышкам удивительно сильного магнетизма.

На протяжении десятилетий планетологи изучали загадку, скрытую в лунных породах, собранных астронавтами программы «Аполлон» в 1960-х и 1970-х годах. Минералы в этих породах хранят отпечаток магнитного поля, почти такого же мощного, как земное, существовавшего более 3,5 миллиардов лет назад и, по-видимому, сохранявшегося миллионы лет. Но для генерации магнитного поля необходим динамо-механизм — бурлящее расплавленное ядро, — и большинство исследователей полагали, что крошечное ядро Луны давно остыло, спустя 1 миллиард лет после своего образования. Подтверждением этой картины служат другие древние лунные породы примерно того же возраста, которые указывают на то, что поле было слабым, что ставит планетологов в тупик.

Теперь исследователи предлагают новый способ решения этой загадки. В статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience, выдвигается теория о том, что в период от 3,5 до 4 миллиардов лет назад сгустки богатой титаном магмы периодически плавились прямо над ядром, поднимаясь в виде шлейфов, которые вызывали вулканические извержения на поверхности. Эти периоды плавления, периодически перемешивая ядро Луны, приводили к коротким, мощным вспышкам магнитного поля Луны. Статья «связывает несколько различных концепций, которые рассматривались по отдельности, но не были объединены», — говорит Соня Тику, планетарный геофизик из Стэнфордского университета, не участвовавшая в исследовании.

Однажды во время беседы Клэр Николс, планетарный геолог из Оксфордского университета, пожаловалась своему коллеге Джону Уэйду, петрологу из Оксфорда, на отсутствие ответов на эту лунную загадку. Уэйд предложил предположение: возможно, только определенные породы регистрируют сильное магнитное поле, потому что они отличаются по своему составу от других. 

Николс, Уэйд и их соавторы более внимательно изучили образцы лунного материала, полученные в рамках миссии «Аполлон», сосредоточившись на одном типе базальта. Они обнаружили, что породы, которые регистрировали сильные магнитные поля, состояли из материалов, богатых титаном, а те, которые этого не делали, — из материалов с низким содержанием титана. Но что особенно важно, все базальты одинаково хорошо регистрировали магнетизм. Это означало, что высокотитановые породы, обнаруженные на поверхности Луны, каким-то образом уникальным образом связаны с процессом генерации магнитного поля.

Команда исследователей выдвинула теорию, что более 3,5 миллиардов лет назад богатые титаном породы в нижней части мантии Луны расплавились, отбирая тепло из ядра и окружающего материала и вызывая временное вращение динамо-машины. Подобно поднимающемуся воску в лавовой лампе, магма поднималась вверх и извергалась из вулканов, фиксируя сильное магнитное поле Луны по мере его охлаждения на лунной поверхности. В этом сценарии Луна неоднократно переживала всплески сильного магнитного поля, каждый из которых длился менее 5000 лет, с длительными периодами слабого поля между ними.

Так почему же образцы горных пород, полученные в рамках программы «Аполлон», указывали на продолжительные периоды сильного магнетизма, длившиеся миллионы лет? Команда предполагает, что это связано с ошибками выборки. Миссии «Аполлон» обычно приземлялись на плоских равнинах, образованных лавовыми потоками. Хотя эти районы являются хорошими местами для посадки, они также не являются репрезентативными для большей части лунной геологии, объясняет Николс.

Бенджамин Вайс, планетолог из Массачусетского технологического института, говорит, что новая теория, вероятно, не может объяснить всю историю лунного магнетизма. Однако он согласен с тем, что она служит интригующим объяснением примерно 500-миллионного периода, когда, как считается, происходили эти эпизоды. «Это оригинальная идея, основанная на наблюдениях, которые никто раньше не высказывал, и она позволяет делать проверяемые предсказания, которые мы теперь можем оценить», — говорит Вайс.

Для будущих исследований потребуется больше ценных образцов лунной породы. Но с 2020 года две китайские миссии успешно доставили несколько килограммов лунных образцов, и НАСА обещает вернуть астронавтов на Луну в ближайшие годы. Вайс оптимистично настроен и считает, что исследователям не придется долго ждать. «Мы живем в золотую эру возвращения лунных образцов», — говорит он.

Для Николс и Уэйда то, что началось как простой разговор, теперь превратилось в четкую цель: воссоздать, как формировалось и менялось магнитное поле Луны на протяжении ее истории, и все это в течение следующего десятилетия. «Мы на самом деле знаем Луну не так хорошо, как нам кажется», — говорит Уэйд.