Ученые объяснили загадочные свойства пород Луны

13.01.2022 - 21:31   1 713

Исследователи предположили, что раньше в недрах Луны периодически возникала внутренняя конвекция, которая генерировала сильное магнитное поле. Такая гипотеза объясняет, почему некоторые образцы лунных пород несут следы намагниченности. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Анализ образцов лунных пород, доставленных на Землю в рамках программы НАСА «Аполлон» в период с 1968 по 1972 год, показал, что некоторые из них сформировались в условиях магнитного поля, по силе близкого к земному. Но до сих пор было непонятно, как тело размером с Луну могло генерировать такое сильное магнитное поле.

Геологи Александр Эванс (Alexander Evans) из Университета Брауна и Соня Тику (Sonia Tikoo) из Стэнфордского университета предлагают объяснение магнитной тайны Луны. Авторы считают, что процессы перемещения вещества в мантии Луны в течение первого миллиарда лет ее существования могли периодически вызывать внутреннюю конвекцию, создающую сильные магнитные поля.

«Все, что мы знаем о том, как магнитные поля генерируются планетарными ядрами, говорит нам о том, что тело размером с Луну не должно создавать поле, столь же сильное, как у Земли, — приводятся в пресс-релизе Университета Брауна слова Александра Эванса. — Но не обязательно поддерживать сильное магнитное поле в течение миллиардов лет. Возможно, есть способ периодически получать поле высокой интенсивности. Наша модель показывает, как это может произойти, и она согласуется с тем, что мы знаем о недрах Луны».

Планетарные тела производят магнитные поля посредством динамо-механизма — постоянно выделяющееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в ядре, а движение электропроводящего материала создает магнитное поле. Так формируется магнитное поле Земли, защищающее поверхность нашей планеты от опасного солнечного излучения.

Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, а модели внутреннего строения предполагают, что ее ядро была слишком маленьким, и конвективные движения в нем были недостаточными для создания постоянного сильного магнитного поля. Однако известно, что в самом начале своей истории Луна была покрыта океаном расплавленной породы. Когда через несколько миллионов лет после образования Луны океан магмы начал остывать и затвердевать, более плотные минералы, такие как оливин и пироксен, опускались на дно, а менее плотные минералы, такие как анортозит, всплывали, образуя корку. В результате оставшаяся жидкая магма была обогащена титаном и выделяющими тепло элементами — торием, ураном и калием. Поэтому ее полное застывание заняло больше времени. Но все же со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу под ними и в конечном итоге достигли ядра Луны.

Построив термодинамическую модель этого процесса, основанную на текущем составе Луны и предполагаемой вязкости ее мантии, авторы доказали, что титановый слой при погружении распадался на капли размером до 60 километров, которые опускались в течение примерно миллиарда лет. Каждый из таких холодных титановых сгустков, вступал в контакт с горячим веществом ядра, запуская в нем импульс конвекции. Усиление конвективных движений при этом было достаточным, чтобы создать на поверхности Луны магнитное поле, такое же сильное или даже более сильное, чем у Земли.

Исследователи говорят, что за первый миллиард лет существования Луны могло произойти до ста таких нисходящих событий, и каждое из них создавало сильное магнитное поле, продолжающееся столетие или около того.

Авторы отмечают, что предложенная ими модель прерывистого магнитного поля Луны объясняет не только намагниченность лунных пород, но и ее неравномерность — у некоторых образцов есть сильные магнитные сигнатуры, а у других их нет совсем.

Выбор читателя

Топ недели

Для правильного функционирования этого сайта необходимо включить JavaScript.
Вот инструкции, как включить JavaScript в вашем браузере.