Магнитное поле луны: Наука: Наука и техника: Lenta.ru |

Содержание

Ученые объяснили загадочные свойства пород Луны

https://ria.ru/20220113/luna-1767709426.html

Ученые объяснили загадочные свойства пород Луны

Ученые объяснили загадочные свойства пород Луны — РИА Новости, 13.01.2022

Ученые объяснили загадочные свойства пород Луны

Исследователи предположили, что раньше в недрах Луны периодически возникала внутренняя конвекция, которая генерировала сильное магнитное поле. Такая гипотеза… РИА Новости, 13.01.2022

2022-01-13T19:00

наука

стэнфордский университет

наса

космос — риа наука

геология

луна

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/7e4/1/1e/1564045112_0:224:2847:1825_1920x0_80_0_0_6c3526b16ff4c8267c25376c4f9362af.jpg

МОСКВА, 13 янв — РИА Новости. 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.

https://ria.ru/20220112/puzyr-1767541944.html

https://ria.ru/20220110/yupiter-1767185069.html

луна

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2022

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/7e4/1/1e/1564045112_59:0:2788:2047_1920x0_80_0_0_de49fd581a0816a7ac1a562dbd26812d.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

стэнфордский университет, наса, космос — риа наука, геология, луна

Наука, Стэнфордский университет, НАСА, Космос — РИА Наука, геология, Луна

МОСКВА, 13 янв — РИА Новости. 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.

12 января, 19:00Наука

Землю окружает огромный космический пузырь, установили ученые

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.

10 января, 19:00Наука

Ученые объяснили, как образуются вихри на Юпитере

Найдена потенциальная причина мощнейшего магнитного поля молодой Луны

Опубликовано 13 января в 19:00

3.9K

Гигантские скальные образования размером до 60 километров, тонущие в мантии молодой Луны, могли вызывать конвекцию в ее недрах, заявили геологи в исследовании, представленном в журнале Nature Astronomy. По словам ученых, эти процессы периодически давали старт генерации сильного магнитного поля в течение первого миллиарда лет истории спутника Земли.

«Текущее представление о генерации магнитного поля планетарным ядром говорит нам о том, что тело размером с Луну не способно создать магнитное поле столь же сильное, как у Земли. Однако есть свидетельства, что Луна обладала им в прошлом», – рассказывает Александр Эванс, соавтор исследования из Стэнфордского университета (США).

Луна. Credit: Andrew McCarthy

Образцы лунной породы, доставленные на Землю американскими астронавтами в рамках программы «Аполлон», не только предоставили ученым новые данные о нашем спутнике, но и стали источником полувековой загадки. Анализ показал, что некоторые из них образовались в присутствии сильного магнитного поля, которое могло бы посоперничать с земным. Но было неясно, как тело размером с Луну могло его генерировать.

«Вместо того, чтобы искать процесс, который непрерывно питает сильное магнитное поле в течение миллиардов лет, мы решили посмотреть, есть ли способ получать его периодически», – добавил Александр Эванс.

Астронавт Чарльз Конрад-Младший. Миссия «Аполлон-12». 20 ноября 1969 года. Credit: NASA

Планетарные тела производят магнитные поля через так называемый динамо-механизм. Медленно рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в недрах планеты, а постоянное взбалтывание электропроводящего материала создает магнитное поле. Так оно формируется у Земли, защищая поверхность от опасного солнечного излучения.

Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, и модели ее ядра предполагают, что она всегда была слишком мала и ей не хватало конвективной силы, чтобы когда-либо создавать постоянно сильное магнитное поле.

«Чтобы ядро имело сильное конвективное перемешивание, оно должно рассеивать много тепла, но у молодой Луны мантия, окружающая ядро, была ненамного холоднее его самого. Поскольку теплу некуда было деваться, в ядре отсутствовала сильная конвекция. Однако наша модель показывает, как опускающиеся в недра камни могли давать импульс этому процессу», – пояснил Александр Эванс.

Столкновение новорожденной Земли и Тейи (объекта размером с Марс), ставшее причиной формирования Луны. Credit: Dana Berry/SwRI

История тонущих камней начинается через несколько миллионов лет после образования Луны. Считается, что в самом начале спутник Земли был покрыт океаном расплавленной породы. Когда он начал остывать и затвердевать, такие минералы, как оливин и пироксен, которые были более плотными, чем жидкая магма, опускались на дно, в то время как менее плотные минералы, такие как анортозит, всплывали, образуя кору.

Оставшаяся жидкая магма была богата титаном, а также выделяющими тепло элементами, такими как торий, уран и калий, поэтому затвердевание заняло немного больше времени. Когда этот слой титана наконец кристаллизовался прямо под корой, он был более плотным, чем ранее затвердевшие минералы ниже. Со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу.

Полумесяц Земли с орбиты Луны. Credit: JAXA / NHK

Исследователи обнаружили, что, когда каждый из этих сгустков в конечном итоге достигал недр Луны, он давал сильный толчок динамо-механизму. Сформировавшись чуть ниже лунной коры, титановые образования должны были быть относительно прохладными по сравнению с ядром и, когда они вступали в контакт, несоответствие температур приводило к усилению конвекции.

«У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно происходит выход большого количества тепла. Это приводит к увеличению перемешивания и позволяет периодически генерировать сильные магнитные поля», – продолжил Александр Эванс.

Взаимодействие магнитного поля Земли с потоком солнечной радиации в представлении художника. Credit: NASA Goddard’s scientific visualization studio

За первый миллиард лет существования Луны могло произойти до ста таких событий, и каждое из них создавало сильное магнитное поле на примерно сто лет. Разработанная модель объясняет не только магнитные сигнатуры, выявленные в лунной породе, но и тот факт, что они сильно различаются от образца к образцу: у некоторых сигнатуры сильные, а у других «отсутствуют».

«Наша идея позволяет объяснить как интенсивность, так и изменчивость, которую мы наблюдаем в образцах миссии Аполлон. При этом ее можно легко проверить. Для этого необходимо еще раз проанализировать коллекцию лунных пород с целью выявления признаков слабого магнитного фона у образцов, которые не имеют сигнатуры образования при сильном магнитном поле», – заключил Александр Эванс.

Магнитное поле Луны существовало всего 500 миллионов лет

Тема дня

Главная
org/ListItem»>
Технологии

05 августа, 2021, 12:13

Распечатать

Лунная магнитосфера существовала всего 500 миллионов лет.

Вам также будет интересно
>
Популяции животных сократились на 69% с 1970 года – WWF
13.10 19:12
Прямохохлые пингвины избавляются от первенцев: ученые назвали причину
13. 10 18:37
NASA назначило новую дату запуска ракеты на Луну
13.10 14:40
Ученые научили выращенный в лаборатории «минимозг» играть в видеоигру
13.10 12:41
У марсохода Perseverance снова возникли проблемы со сбором образцов грунта
12. 10 18:42
Люди чувствуют себя подавленными во время путешествия в космос: почему так происходит
12.10 17:28
Японскую ракету-носитель уничтожили во время запуска
► Видео
12.10 15:25
Ученые смогли вернуть зрение слепым от рождения мышам
12. 10 14:33
Ученые зафиксировали в космосе рекордный взрыв
12.10 13:35
У пользователей Facebook массово исчезли подписчики
12.10 12:17
Может спасти жизнь: в ГСЧС рассказали, как будет работать новая система оповещения
12.10 11:06
Meta представила новую VR-гарнитуру Quest Pro: подробности сочетания реальности с виртуальностью
► Видео
12. 10 05:13

Последние новости

Согреваемся сами: шесть советов, которые помогут перезимовать в квартире без отопления.
06:00
SpaceX заявила, что больше не может финансировать услуги Starlink в Украине – CNN
05:38
Россия только усугубила свое положение, совершив массированные обстрелы городов Украины — The Atlantic
04:30
В Беларуси проводят тайную мобилизацию и ввели режим «контртеррористической операции»
04:26
«Мы начали входить в революционную ситуацию»: российская элита думает о свержении Путина – Washington Post
04:20

Все новости

Добро пожаловать!
Регистрация
Восстановление пароля
Авторизуйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Зарегистрируйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Введите адрес электронной почты, на который была произведена регистрация и на него будет выслан пароль

Забыли пароль?
Войти

Пароль может содержать большие и маленькие буквы латинского алфавита, а также цифры
Введенный e-mail содержит ошибки

Зарегистрироваться

Имя и фамилия должны состоять из букв латинского алфавита или кирилицы
Введенный e-mail содержит ошибки
Данный e-mail уже существует
У поля Имя и фамилия нет ошибок
У поля E-mail нет ошибок

Напомнить пароль

Введенный e-mail содержит ошибки

Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!
Уже зарегистрированы? Войдите!
Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!

Исследователи предлагают новое объяснение магнитной тайны Луны

ПРОВИДЕНС, Род-Айленд [Университет Брауна] — Камни, возвращенные на Землю во время программы НАСА «Аполлон» с 1968 по 1972 год, предоставили объемы информации об истории Луны, но они также были источник непреходящей тайны. Анализ пород показал, что некоторые из них, по-видимому, образовались в присутствии сильного магнитного поля, по силе соперничающего с земным. Но было неясно, как тело размером с Луну могло генерировать такое сильное магнитное поле.

Исследование под руководством геолога из Университета Брауна предлагает новое объяснение магнитной тайны Луны. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что гигантские скальные образования, проходящие сквозь мантию Луны, могли вызвать внутреннюю конвекцию, которая генерирует сильные магнитные поля. По словам исследователей, эти процессы могли периодически создавать сильные магнитные поля в течение первого миллиарда лет истории Луны.

«Все, что мы думали о том, как магнитные поля генерируются планетарными ядрами, говорит нам о том, что тело размером с Луну не должно быть способно генерировать поле, столь же сильное, как у Земли», — сказал Александр Эванс, доцент Науки о Земле, окружающей среде и планетах в Брауне и соавтор исследования с Соней Тику из Стэнфордского университета. «Но вместо того, чтобы думать о том, как непрерывно питать 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 создают магнитные поля благодаря так называемому динамо-ядру. Медленно рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в ядре планеты. Постоянное взбалтывание электропроводящего материала создает магнитное поле. Так формируется магнитное поле Земли, защищающее поверхность от наиболее опасного солнечного излучения.

Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, и модели ее ядра предполагают, что она, вероятно, была слишком мала и не обладала конвективной силой, чтобы когда-либо создавать постоянно сильное магнитное поле. Чтобы ядро имело сильное конвективное перемешивание, оно должно рассеивать много тепла. Эванс говорит, что в случае ранней Луны мантия, окружающая ядро, была ненамного холоднее, чем само ядро. Поскольку теплу ядра некуда было деваться, в ядре не было сильной конвекции. Но это новое исследование показывает, как опускающиеся камни могли обеспечить прерывистый конвективный импульс.

История этих тонущих камней начинается через несколько миллионов лет после образования Луны. Считается, что в самом начале своей истории Луна была покрыта океаном расплавленной породы. Когда обширный океан магмы начал остывать и затвердевать, такие минералы, как оливин и пироксен, которые были более плотными, чем жидкая магма, опускались на дно, в то время как менее плотные минералы, такие как анортозит, всплывали, образуя корку. Оставшаяся жидкая магма была богата титаном, а также элементами, производящими тепло, такими как торий, уран и калий, поэтому затвердевание заняло немного больше времени. Когда этот слой титана наконец кристаллизовался прямо под коркой, он был более плотным, чем ранее затвердевшие минералы под ним. Со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу под ними, процесс, известный как гравитационный переворот.

Для этого нового исследования Эванс и Тику смоделировали динамику погружения этих титановых образований, а также эффект, который они могут иметь, когда в конечном итоге достигнут ядра Луны. Анализ, основанный на текущем составе Луны и предполагаемой вязкости мантии, показал, что образования, вероятно, разобьются на капли размером до 60 километров и будут тонуть с перерывами в течение примерно миллиарда лет.

Исследователи обнаружили, что когда каждый из этих шариков в конце концов достигал дна, они давали мощный толчок динамо-машине Луны. Находясь чуть ниже лунной коры, титановые образования были бы относительно прохладными по температуре — намного ниже, чем расчетная температура ядра, составляющая где-то между 2600 и 3800 градусов по Фаренгейту. Когда холодные капли вступали в контакт с горячим ядром после погружения, несоответствие температур могло привести к усилению конвекции ядра — достаточному, чтобы создать магнитное поле на поверхности Луны, такое же сильное или даже более сильное, чем у Земли.

«Вы можете представить это как каплю воды, падающую на горячую сковороду, — сказал Эванс. «У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно может выйти много тепла. Это приводит к увеличению взбалтывания в ядре, что дает вам эти периодически сильные магнитные поля».

Исследователи говорят, что за первый миллиард лет существования Луны могло произойти до 100 таких нисходящих событий, и каждое из них могло создать сильное магнитное поле, продолжающееся столетие или около того.

Эванс говорит, что модель прерывистого магнитного поля объясняет не только силу магнитных сигнатур, обнаруженных в образцах горных пород Аполлона, но и тот факт, что магнитные сигнатуры в коллекции Аполлона сильно различаются: некоторые из них имеют сильные магнитные сигнатуры, а другие нет. т.

«Эта модель способна объяснить как интенсивность, так и изменчивость, которую мы наблюдаем в образцах Аполлона — то, что не смогла сделать ни одна другая модель», — сказал Эванс. «Это также дает нам некоторые временные ограничения на разрушение этого титанового материала, что дает нам лучшее представление о ранней эволюции Луны».

Идею вполне можно проверить, говорит Эванс. Это означает, что на Луне должен был быть слабый магнитный фон, перемежающийся этими сильными событиями. Это должно быть очевидно в коллекции Apollo. По словам Эванса, в то время как сильные магнитные сигнатуры в образцах Аполлона торчали как больной палец, более слабым сигнатурам уделялось меньше внимания.

Присутствие этих слабых сигнатур вместе с сильными дало бы этой новой идее большой импульс, который мог бы, наконец, положить конец магнитной тайне Луны.

У Луны не было магнитного поля на протяжении почти всей ее истории – новое исследование раскрывает тайну, вызванную камнями, доставленными на Аполлон

Землю окружает мощное магнитное поле, созданное вращающимся жидким железом в ядре планеты. Магнитное поле Земли может быть почти таким же старым, как и сама Земля, и резко контрастирует с Луной, у которой сегодня полностью отсутствует магнитное поле.

Но создавало ли ядро Луны магнитное поле в прошлом?

В 19В 80-х годах геофизики, изучающие породы, привезенные астронавтами Аполлона, пришли к выводу, что когда-то у Луны было магнитное поле, столь же сильное, как у Земли. Но сильное магнитное поле требует источника энергии, а ядро Луны относительно маленькое. На протяжении десятилетий ученые пытались решить эту загадку: как такое маленькое ядро могло создавать сильное магнитное поле?

Я профессор геофизики и изучаю магнитное поле Земли более 30 лет. Недавно я собрал команду, чтобы использовать новые научные методы для повторного изучения свидетельств лунной намагниченности. Мы обнаружили, что Луна на самом деле не имеет долгоживущего магнитного поля. Это открытие не только меняет современное понимание геологической истории Луны, но и имеет серьезные последствия для наличия ресурсов на Луне, которые могут иметь решающее значение для будущих исследований человека.

По сравнению с Землей у Луны маленькое ядро, и непонятно, как оно могло создать сильное магнитное поле.
Рори Коттрелл/У. Рочестер, CC BY-ND

Почему магнитная Луна?

Некоторые горные породы обладают необычайной способностью сохранять записи о прошлых магнитных полях, когда они содержат минералы с атомами железа, которые выравниваются с магнитным полем по мере того, как горная порода охлаждается и затвердевает. Лучшие магнитные минералы при сохранении свидетельств поля
крошечные — в тысячу раз меньше ширины человеческого волоса — потому что требуется много энергии, чтобы перестроить их атомы.

Геофизики, изучающие древний магнетизм, воссоздают этот процесс, повторно нагревая образцы породы в присутствии известных магнитных полей и сравнивая новое расположение атомов железа с ориентацией атомов железа до повторного нагревания породы. Это позволяет исследователям узнать о прошлых магнитных полях.

Ранние исследователи, изучавшие первые камни, доставленные с Луны американскими астронавтами, хотели использовать этот метод для изучения магнетизма Луны. Но они столкнулись с проблемами. Лунные породы содержат определенный тип железа, называемого самородным железом, который легко изменяется при нагревании. Кроме того, зерна самородного железа в лунных породах иногда относительно велики, что снижает вероятность надежной регистрации магнитных полей прошлого.

Начиная с 1970-х годов геофизики использовали альтернативные, не нагревающие методы для изучения магнетизма Луны. Они обнаружили, что в некоторых лунных образцах были зарегистрированы сильные магнитные поля, что позволяет предположить, что магнитное поле Луны существовало более 2 миллиардов лет.

Но этот результат только усугубил загадку. Вопрос о том, как ядро Луны могло создавать сильное магнитное поле, оставался нерешенным.

Образцы с Луны, такие как этот лунный базальт, представляют собой сложную смесь многих минералов, и только некоторые из них могут регистрировать сигналы магнитных полей прошлого. Белая полоса шкалы составляет 1 мм.
Кристин Лоуренс, CC BY-ND

Альтернативная теория

В ходе экспериментов некоторые образцы Аполлона показали наличие сильных магнитных полей, а другие — нет. Некоторые исследователи объясняли отсутствие намагниченности наличием крупных зерен самородного железа, которые плохо записывали магнитные поля. Но многие образцы также содержали мелкие частицы железа, которые должны были зафиксировать поле.

Были давние сомнения относительно методов без нагрева, которые исследователи использовали на образцах Аполлона. Некоторые ученые называют их методами «последнего средства» и заключают, что неопределенность данных, собранных таким образом, настолько велика, что любую интерпретацию следует рассматривать как спекуляцию.

В качестве альтернативы, другая группа ученых на протяжении десятилетий предполагала, что когда метеориты ударяются о Луну, они создают пылевую плазму — газ из ионов и электронов, — который может генерировать сильное магнитное поле и намагничивать лунные породы вблизи зоны удара.

В 2008 году геофизик Кристин Лоуренс решила вернуться к вопросу о намагниченности Луны, используя усовершенствованную технику повторного нагрева. В отличие от исследователей, которые изначально изучали образцы, ей не удалось обнаружить каких-либо окончательных доказательств существования магнитного поля в прошлом. Подход, который использовали Лоуренс и ее команда, был лучше, чем тесты без нагрева, но ее результаты все еще не были окончательными. Однако она почувствовала, что на что-то наткнулась, и именно тогда она обратилась ко мне и моей лаборатории за помощью.

Используя новую технику, исследователи смогли изолировать и протестировать крошечные образцы — такие, как показанный здесь кусок, установленный внутри кварцевого куба — на магнитные доказательства.
Адам Фенстер/У. Рочестер, CC BY-ND

В 2011 году Лоуренс принес нам для тестирования коллекцию лунных образцов. Мы разрабатывали методы идентификации отдельных силикатных кристаллов миллиметрового размера, содержащих лишь очень маленькие зерна железа и обладающих идеальными записывающими свойствами. Затем мы использовали сверхчувствительный сверхпроводящий магнитометр и специальный лазер на углекислом газе, чтобы быстро нагреть эти образцы таким образом, чтобы избежать изменения их минералов железа. Мы обнаружили, что почти все породы имеют чрезвычайно слабые магнитные сигналы.

Во время этого первого теста мы все еще совершенствовали метод, поэтому мы не могли с уверенностью сказать, образовались ли образцы на Луне без магнитного поля. Но мы совершенствовали наши методы испытаний, и в прошлом году решили вернуться к образцам Аполлона.

Мы окончательно установили, что некоторые образцы действительно содержат магнитные минералы, способные сохранять высокоточные сигналы древних магнитных полей. Но скалы не зафиксировали таких сигналов. Это говорит о том, что Луне не хватало магнитного поля почти всю свою историю.

Итак, чем объясняются предыдущие открытия магнитной Луны? Ответ был в одном из образцов: маленьком темном стекле, содержащем мельчайшие частицы железа и никеля.

Этот небольшой кусочек лунного стекла образовался и намагничился в результате удара метеорита и может объяснить сильные магнитные показания в прошлом.
Рори Коттрелл/У. Рочестер, CC BY-ND

Стекло образовалось в результате падения метеорита и показало явные признаки сильного магнитного поля. Но образовалась она всего около 2 миллионов лет назад. Почти все геофизики согласны с тем, что в то время у Луны не было магнитного поля, потому что после 4,5 миллиардов лет охлаждения не осталось достаточно тепла, чтобы привести в действие взбалтывание железа в ядре Луны для создания поля. Магнитная сигнатура стекла соответствовала моделированию магнитных полей, которые могут создаваться ударами метеоритов. Это показало, что удары метеорита сами по себе могут создавать сильные магнитные поля, которые намагничивают близлежащие скалы. Это может объяснить высокие значения, о которых ранее сообщалось для некоторых камней Аполлона.

Я считаю, что эти находки раскрывают тайну магнитной Луны.

Магнитный щит Земли блокирует солнечный ветер, в то время как отсутствие магнитного поля на Луне позволяет солнечному ветру напрямую поражать ее поверхность и осаждать элементы.
Майкл Осадцив/У. Рочестер, CC BY-ND

Магнитное экранирование и лунные ресурсы

Этот новый взгляд на лунный магнетизм имеет огромное значение для потенциального наличия ценных ресурсов, а также информации о древнем Солнце и Земле, которые могут быть погребены в лунных грунтах.

Магнитные поля действуют как щиты, препятствующие попаданию солнечных частиц на планету или луну. Без магнитного поля солнечный ветер может напрямую ударить по поверхности Луны и внедрить такие элементы, как гелий-3 и водород, в почву.

Гелий-3 имеет множество применений, но важно то, что он может быть источником топлива для ядерного синтеза и будущих исследований планет. Ценность водорода заключается в том, что он может соединяться с кислородом, образуя воду, еще один важный ресурс в космосе.

Поскольку у Луны не было долгоживущего магнитного поля, эти элементы могли накапливаться в почве на миллиарды лет дольше, чем считалось ранее.

Существует также научная ценность. Элементы, внедренные солнечным ветром, могут пролить свет на эволюцию Солнца. И когда Луна проходит через магнитное поле Земли, элементы из земной атмосферы могут оседать на лунной поверхности, и они могут содержать подсказки о самой ранней Земле.

Отсутствие долгоживущего магнитного поля на Луне может показаться некоторым потерей, но я считаю, что это может открыть золотую середину науки и ценный запас потенциальных ресурсов.

[ Получайте лучшее от The Conversation каждые выходные. Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку.]

Лунные образцы раскрывают тайну предполагаемого магнитного щита Луны : Центр новостей

4 августа 2021 г.

Образцы лунного стекла, протестированные учеными из Рочестера, были собраны во время миссии НАСА «Аполлон-16» в 1972 году. (Фото из Университета Рочестера / Дж. Адам Фенстер)

В 2024 году начнется новая эра освоения космоса, когда НАСА отправит астронавтов на Луну в рамках своей миссии «Артемида», продолжения миссий «Аполлон» 19-го века.60-х и 1970-х годов.

Некоторые из самых важных вопросов, которые ученые надеются исследовать, включают определение того, какие ресурсы находятся в почве Луны и как эти ресурсы могут быть использованы для поддержания жизни.

В статье, опубликованной в журнале Science Advances , исследователи из Университета Рочестера, возглавляющие группу коллег из семи других институтов, сообщают о своих выводах относительно основного фактора, влияющего на типы ресурсов, которые могут быть обнаружены на луна: был ли у Луны долгоживущий магнитный щит в любой момент своей 4,53-миллиардной истории.

Наличие или отсутствие экрана имеет значение, потому что магнитные экраны защищают астрономические тела от вредного солнечного излучения. И выводы команды противоречат некоторым давним предположениям.

«Это новая парадигма лунного магнитного поля», — говорит первый автор Джон Тардуно, Уильям Р. Кенан-младший, профессор геофизики на факультете наук о Земле и окружающей среде и декан по исследованиям в области искусств, наук и Инженерия в Рочестере.

Был ли когда-нибудь у Луны магнитный щит?

В течение многих лет Тардуно был лидером в области палеомагнетизма, изучая развитие магнитного щита Земли как средство понимания планетарной эволюции и изменений окружающей среды.

Магнитный щит Земли берет свое начало глубоко в ядре планеты. Там вращающееся жидкое железо генерирует электрические токи, вызывая явление, называемое геодинамо, которое создает щит. Магнитный щит невидим, но исследователи давно признали, что он жизненно важен для жизни на поверхности Земли, поскольку защищает нашу планету от солнечного ветра — потоков солнечной радиации.

Но был ли когда-нибудь у Луны Земли магнитный экран?

«Это новая парадигма лунного магнитного поля».

Хотя сейчас у Луны нет магнитного щита, ведутся споры о том, мог ли Луна иметь длительный магнитный щит в какой-то момент своей истории.

«После миссий «Аполлон» существовала идея, что магнитное поле Луны было столь же сильным или даже сильнее, чем магнитное поле Земли примерно 3,7 миллиарда лет назад, — говорит Тардуно.

Вера в то, что у Луны есть магнитный щит, была основана на первоначальном наборе данных 1970-х годов, который включал анализ образцов, собранных во время миссий Аполлон. Анализы показали, что образцы имели намагниченность, которая, по мнению исследователей, была вызвана наличием геодинамо.

Но несколько факторов заставили исследователей задуматься.

«Ядро Луны очень маленькое, и было бы трудно управлять таким магнитным полем», — объясняет Тардуно. «Кроме того, предыдущие измерения, фиксирующие сильное магнитное поле, не проводились с использованием экспериментов по нагреву. Они использовали другие методы, которые могут не точно регистрировать магнитное поле».

Когда лунные образцы встречаются с лазерами

Подобразец лунного стекла помещается в квадратную трубку из плавленого кварца размером 2 на 2 миллиметра (вставка), а затем анализируется с помощью магнитометра лабораторного сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (СКВИД). Результаты предоставляют информацию о лунной почве и могут помочь в новой волне лунных экспериментов. (Фотографии Университета Рочестера / Дж. Адам Фенстер)

Тардуно и его коллеги протестировали образцы стекла, собранные во время предыдущих миссий Аполлона, но использовали CO2-лазеры для нагрева лунных образцов в течение короткого промежутка времени, метод, который позволил им избежать изменения образцы. Затем они использовали высокочувствительные сверхпроводящие магнитометры для более точного измерения магнитных сигналов образцов.

«Одна из проблем с лунными образцами заключалась в том, что магнитные носители в них весьма восприимчивы к изменениям», — говорит Тардуно. «При нагреве лазером в наших измерениях нет никаких признаков изменения, поэтому мы можем избежать проблем, с которыми люди могли сталкиваться в прошлом».

Исследователи определили, что намагниченность образцов может быть результатом ударов таких объектов, как метеориты или кометы, а не результатом намагничивания из-за наличия магнитного экрана. Другие образцы, которые они проанализировали, могли демонстрировать сильную намагниченность в присутствии магнитного поля, но не показали никакой намагниченности, что еще раз указывает на то, что у Луны никогда не было длительного магнитного экрана.

«Если бы на Луне было магнитное поле, все изученные нами образцы должны были намагничиться, но это не так», — говорит Тардуно. «Это довольно убедительно, что на Луне не было долговременного динамо-поля».

Отсутствие магнитного экрана означает изобилие элементов

Вера в то, что у Луны есть магнитный экран, была основана на первоначальном наборе данных 1970-х годов, который включал анализ лунных образцов, собранных во время миссий Аполлона. (Фото предоставлено Flickr/NASA Johnson)

Без защиты магнитного щита Луна была восприимчива к солнечному ветру, из-за которого различные летучие вещества — легко испаряющиеся химические элементы и соединения — внедрялись в лунный грунт. Эти летучие вещества могут включать углерод, водород, воду и гелий-3, изотоп гелия, которого нет в изобилии на Земле.

«Наши данные показывают, что мы должны смотреть на верхний предел оценок гелия-3, потому что отсутствие магнитного экрана означает, что больше солнечного ветра достигает поверхности Луны, что приводит к гораздо более глубоким резервуарам гелия-3, чем люди думали ранее», — говорит Тардуно. .

Исследование может помочь в проведении новой волны лунных экспериментов на основе данных, которые будут собраны миссией Артемиды. Данные из образцов, собранных во время миссии, позволят ученым и инженерам изучить присутствие летучих веществ и лучше определить, можно ли извлечь эти материалы для использования человеком. Например, гелий-3 в настоящее время используется в медицинской визуализации и криогенике и является возможным источником топлива в будущем.

Отсутствие магнитного экранирования также означает, что древние лунные грунты могут хранить записи прошлых выбросов солнечного ветра. Таким образом, анализ образцов почвы может помочь ученым лучше понять эволюцию Солнца.

«Исходя из наших исследований, ученые могут более правильно обдумать следующую серию лунных экспериментов», — говорит Тардуно. «Эти эксперименты могут быть сосредоточены на текущих лунных ресурсах и на том, как мы могли бы их использовать, а также на исторических записях о том, что находится в ловушке в лунном грунте».

Читать дальше

Внутреннее ядро Земли намного моложе, чем мы думали
Исследователи из Рочестера собрали первые полевые данные, которые показывают, что возраст внутреннего ядра Земли составляет всего около 565 миллионов лет, что относительно молодо по сравнению с возрастом наша планета возрастом 4,5 миллиарда лет.

Новое исследование открывает ключи к разгадке магнитного поля Земли
Джон Тардуно проанализировал кристаллы циркона, собранные на участках в Австралии — старейшие из известных земных материалов, — чтобы построить хронологию магнитного поля Земли, и обнаружил, что поле было сильнее, чем считалось ранее.