Астрофизики объяснили живучесть магнитного поля Луны

Сформулированы две теории появления магнитного поля Луны

Научные группы из США и Франции представили две теории формирования долгоживущего магнитного поля на начальном этапе эволюции Луны.

Сам факт существования «древнего» поля считается установленным: наблюдения с орбиты выявили сильно намагниченные участки коры спутника, а палеомагнитный анализ показал, что некоторые образцы лунных пород имеют стабильную остаточную намагниченность. По мнению специалистов, это поле сохранялось на временнóм интервале длительностью свыше 400 млн лет и поддерживалось по механизму динамо. При этом стандартные модели динамо, которое обеспечивается тепловой или композиционной конвекцией, в случае Луны и её небольшого ядра работают очень плохо.

В своих работах, опубликованных в журнале Nature, американцы и французы обсуждают новые варианты динамо, объясняя появление магнитного поля Луны взаимодействием спутника с нашей планетой или его столкновениями с крупными астероидами.

Модель, предложенная французской группой, основывается на результатах недавних исследований шести ударных бассейнов (морей Ясности, Кризисов, Гумбольдта, Менделя — Ридберга, Нектара и Москвы), сформировавшихся в относительно короткий, но бурный нектарский период геологической истории Луны. Эти бассейны обнаруживают центральные магнитные аномалии, появившиеся, вероятно, после охлаждения слоёв расплава, которые образовались при ударе и приобрели термоостаточную намагниченность. 

Море Москвы, расположенное на обратной стороне Луны, отмечено стрелкой.

Первая карта участка лунной поверхности, который не наблюдается с Земли, была составлена в СССР, что объясняет выбор названия для моря. (Иллюстрация USGS / Arizona State University.)

Любое из столкновений, создавших шесть упомянутых морей, существенно повлияло на вращение Луны. Предположив, что удары нарушали синхронизацию орбитального движения спутника и его поворотов вокруг оси, астрофизики оценили эффект от ускорения (или замедления) движения лунной мантии. Период вращения последней при моделировании варьировался от 3 до 35 дней, а расстояние между Луной и Землёй — от 10 до 55 земных радиусов.

Как оказалось, переход к «асинхронному» вращению, вызванный столкновением Луны с неким крупным телом, действительно может инициировать движение жидкости в ядре и создавать магнитное поле (на поверхности) с индукцией в 1–10 мкТл, величина которой соответствует последним оценкам. Длина отрезка активности магнитного динамо, следующего за каждым отдельным столкновением, составляла 103–105 лет. 

Результаты расчёта индукции магнитного поля на поверхности Луны, которое создаётся после столкновения с крупным объектом (иллюстрация авторов работы).

Во второй модели, разработанной американскими учёными, рассматриваются приливные взаимодействия Земли и Луны, которые в древности располагались ближе друг к другу. «Под влиянием планеты ось вращения спутника прецессировала, — рассказывает участник исследования Фрэнсис Ниммо (Francis Nimmo). — В результате движения твёрдой силикатной мантии и жидкого ядра теряли синхронность: первая смещалась относительно поверхности второго». Расчёты показали, что эти процессы также могли поддерживать движение жидкости в ядре и запустить динамо, которое функционировало не менее одного миллиарда лет и создавало магнитное поле с индукцией более 1 мкТл. Так как Луна постепенно отходила от нашей планеты, поле должно было ослабевать со временем; при моделировании оно исчезало окончательно около 2,7 млрд лет назад — в тот момент, когда удаление вырастало до 48 земных радиусов.

«Преимуществом нашей теории я считаю её хорошие предсказательные возможности, — говорит г-н Ниммо. — Она устанавливает закон временнóго изменения магнитного поля, который должен согласоваться с результатами палеомагнитных измерений. В будущем, когда объём накопленных экспериментальных данных увеличится, мы сможем оценить качество согласования».

Подготовлено по материалам ScienceNews.