Исследователи еще на шаг ближе к пониманию так называемых парадоксов Луны. Американские астрономы из Брауновского университета, проанализировав лунный грунт, объяснили, почему в первые миллиарды лет истории Луны ее магнитное поле было даже сильнее, чем у Земли сегодня. О результатах изысканий сообщается в журнале Nature Astronomy.
Сегодня известно, что у спутника Земли нет магнитного поля. Однако образцы пород, доставленные на Землю в ходе программы миссий "Аполлон" в период между 1968 г. и 1972 г., показывают, что примерно 3,5 млрд лет назад все было иначе. Судя по образцам, сила лунного магнитного поля была от 40 до 120 микротесла, предполагают астрономы. И, таким образом, ее магнитное поле было намного более сильное, чем у Земли сегодня (интенсивность от 30 до 60 микротесла - варьируется во времени и пространстве).
Но как такое могло случиться? Для ученых до сих пор была загадка, как вокруг тела размером с Луну могло сформироваться настолько мощное магнитное поле, ведь она слишком мала.
Странно и другое: лунные образцы показывают разный по силе диапазон намагниченности - экстремальный даже для пород раннего лунного периода. Некоторые из фрагментов указывают на сильное магнитное поле - другие вообще не намагничены. И этот факт, сказал Александр Эванс, руководитель работы, натолкнул на мысль: "Вместо размышлений о том, откуда берется энергия для сильного магнитного поля на Луне, мы подумали: может, есть механизм, объясняющий краткие периоды высокой напряженности поля".
Исследователи изучили этот механизм с помощью моделирования. Согласно их модели, по мере того как поверхность молодой, еще раскаленной Луны около 4,25 млрд лет назад постепенно охлаждалась, различные минеральные компоненты остывали один за другим. Гигантские образования из более плотных и тяжелых минералов погружались внутрь, вплоть до ядра, а более легкие образовали затвердевающую корку.
Затем последовало то, что, по всей вероятности, оказалось решающим для формирования настолько мощного лунного магнитного поля: под лунной корой, которая была более плотной, чем нижележащие слои мантии, собрались титаносодержащие минералы. Когда эти минералы тоже остыли, они опустились через жидкую мантию к границе ядра большими вязкими комками. "Согласно нашей модели, богатые титаном глыбы размером до 60 километров в диаметре каждый погружались к ядру на протяжении одного миллиарда лет", - сообщают астрономы.
Достигнув лунного ядра, эти фрагменты с температурой от 1100 до 1300 градусов действовали как холодный душ на ядро, которое на тысячу градусов горячее. "Представьте себе каплю холодной воды на горячей плите", - объясняет процесс Эванс. Что происходило при такой сильной разнице температур? В этот момент больше тепла передавалось от ядра к относительно холодным фрагментам. "Это, в свою очередь, резко увеличило конвекционные потоки в ядре", - считает Эванс.
Однако чем сильнее токи в сердечнике, тем сильнее магнитное поле, которое они генерируют. Это длится до тех пор, пока более холодный фрагмент мантийной породы не приобретет температуру окружающей среды. В принципе, опустившиеся к ядру фрагменты формировали магнитное поле за счет процесса, известного как динамо. Его суть: медленное рассеяние тепла вызывает конвекцию расплавленных металлов в ядре, а постоянное перемешивание электропроводного материала является причиной возникновения магнитного поля.
Как показало моделирование, 100 таких богатых титаном фрагментов-кусков было бы достаточно, чтобы образовалось магнитное поле Луны до 50 микротесла и более на несколько сотен лет.
А когда около 3,5 млрд лет назад недра Луны еще больше остыли, глыбы перестали проседать сквозь породу мантии, и лунное магнитное динамо постепенно ослабло.
"Таким образом, наша модель объясняет как интенсивность, так и большую изменчивость лунного грунта, полученного в ходе программы "Аполлон", - говорит Эванс. - В то же время результаты хорошо согласуются с тем, что мы знаем о недрах Луны".
По словам астрономов, их модель является тестируемой, и если предложенный ими сценарий подтвердится, то парадокс лунного магнитного поля можно считать решенным.