Обратная сторона Луны содержит сведения о существовавшем ранее магнитном поле

Фото из открытых источников

Вопрос о том, обладала ли Луна когда-либо внутренним магнитным полем, является предметом дискуссий. Теперь исследователи из ETH Zurich выбрали новый метод, чтобы показать, что механизм, существовавший на Луне, до сих пор активен на Земле. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

В отличие от Земли, сегодня Луна не обладает магнитным полем, создаваемым ядром. На нашей планете движение жидкого железа во внешнем ядре генерирует глобальное магнитное поле. Этот так называемый геодинамо работает по принципу, аналогичному динамо-машине на велосипеде, которая преобразует механическое движение в электрическую энергию. 

«Сегодня ведутся жаркие дебаты о том, работала ли на Луне в прошлом динамо-машина», — говорит Си Ян из Цюрихского политехнического института. Это связано с тем, что анализ образцов горных пород, доставленных на Землю астронавтами программы «Аполлон», противоречив.

«Некоторые исследователи предполагают, что существовало сильное магнитное поле в течение длительного периода времени, от 4,25 до 3,5 миллиардов лет назад, в то время как другие, однако, не находят этому никаких доказательств», — говорит геофизик Анна Миттельхольц из Цюрихского политехнического института. Помимо теории динамо, существует и второе возможное объяснение намагниченности лунных пород: удары массивных метеоритов или астероидов могли инициировать процессы намагничивания на Луне.

Исследование, проведенное двумя учеными в сотрудничестве с коллегами из Института космических исследований DLR и Берлинского технического университета, теперь подтверждает теорию динамо. Оно приходит к выводу, что 4,2 миллиарда лет назад — примерно через несколько сотен миллионов лет после своего образования — Луна действительно обладала внутренним магнитным полем. Исследователи основывали свои выводы не на образцах горных пород, а на данных, собранных зондами на лунной орбите, таких как измерения гравитации с помощью зондов NASA «GRAIL» и модели магнитного поля, основанные на орбитальных измерениях, полученных в ходе миссий Lunar Prospector и Kaguya.

В центре внимания находится конкретная область, называемая Дьюаром, расположенная на обратной стороне Луны, которую мы никогда не видим с Земли. «Область Дьюара — это настоящая удача: одна из самых сильных аномалий магнитного поля на обратной стороне Луны и отчетливая гравитационная аномалия пространственно совпадают там», — говорит Миттельхольц. Это означает, что в этой области находятся породы, которые намагничены сильнее, но в то же время плотнее, чем в других местах. «Это одна из причин, почему эта область является потенциальным окном во внутреннюю структуру Луны», — заявил Ян.

В большинстве случаев происхождение аномалий магнитного поля, измеренных с лунной орбиты, неизвестно. «Однако данные гравитации дают нам представление о плотности и, следовательно, о материале под поверхностью», — объясняет Миттельхольц. «Там, где сигналы магнитного поля и гравитации совпадают, можно объединить их и отнести аномалию к конкретной геологической структуре. Именно такую возможность предоставил нам аппарат Dewar». И исследователи воспользовались ею в полной мере: впервые они создали точную модель подповерхностного слоя, совместно обработав данные гравитации и магнитного поля.

В результате: в районе Дьюара, под поверхностью Луны, находится скальное тело шириной приблизительно 60 километров, простирающееся на глубину около 9 километров. Оно значительно плотнее окружающей коры и одновременно сильно намагничено. В сочетании с геохимическими данными поверхности и дугообразным рельефом исследователи пришли к выводу, что это затвердевшая магма, поднявшаяся из-под земли — погребенный вулканический комплекс. Возраст структуры — 4,2 миллиарда лет — можно определить по различным отложениям ударного материала на поверхности Луны.

«Поскольку мы знаем, сколько железа содержится в таком горном массиве, мы можем оценить минимальную силу магнитного поля, которой оно должно было обладать по мере медленного охлаждения магмы. Для меня это очень важное открытие», — заявляет Миттельхольц. А Ян добавляет: «Мы обнаружили, что магнитное поле на Луне в то время, скорее всего, было сильнее 10 микротесла. Сегодня на Земле сила магнитного поля составляет около 50 микротесла».

Исследователи исключают возможность того, что причиной этого магнитного поля мог стать сильный удар. Это связано с тем, что область Дьюара находится за пределами областей, которые считаются возможными кандидатами. «Поэтому мы можем быть почти уверены, что магнитное поле должно исходить от более длительного динамо-процесса, генерируемого в ядре», — говорит Ян.

Однако до сих пор неясно, как небольшое лунное ядро могло генерировать такое сильное магнитное поле. По этой причине исследователи пока не считают вопрос о существовании раннего лунного динамо полностью решенным. «Но мы рассматриваем этот вопрос с совершенно новой точки зрения», — говорит Миттельхольц. Таким образом, вопрос сместился с «Было ли динамо?» на «Как оно работало?».

Кроме того, исследование позволяет получить представление о другом, загадочном явлении, а именно о лунных вихрях. Эти яркие, изогнутые или полосатые узоры на поверхности Луны четко выделяются на фоне более темного окружения. Везде, где появляется такой вихрь, исследователи всегда обнаруживают магнитную аномалию. Лунный вихрь также наблюдается на поверхности в области Дьюара над наблюдаемой аномалией. Происхождение вихрей является предметом дискуссий.

Одно из возможных объяснений заключается в том, что вихри образуются только там, где магнитное поле на поверхности проходит горизонтально, как это происходит в случае с вихрем Дьюара. Горизонтальное поле отклоняет солнечный ветер, тем самым защищая поверхность от выветривания. В результате эта область остается ярче, чем окружающая ее территория. «Это важная информация для будущих астронавтов», — отмечает Миттельхольц: «Линии магнитного поля могут обеспечить защиту от солнечного ветра, а вихри указывают на местоположение таких созвездий».

Результаты исследований также призваны помочь будущим лунным миссиям в выборе приоритетных целей для измерений на месте, а также могут способствовать анализу лунных образцов для получения выводов об истории магнитной эволюции Луны. «Этот метод также может быть применен к другим небесным телам для получения информации о планетарном динамо, основываясь исключительно на данных с орбиты», — говорит Ян. Марс, например, был бы интересным примером, хотя в настоящее время данных достаточно высокого качества недостаточно.