Vedci už od čias Apolla vedeli, že Mesiac mal v minulosti nejaké magnetické pole, zatiaľ ho však nemá. Nové štúdie lunárnych vzoriek Apolla zodpovedajú na niektoré z týchto otázok, ale tiež vytvárajú oveľa viac otázok, na ktoré je potrebné odpovedať.
Lunárne vzorky vrátené misiami Apollo ukazujú magnetizáciu. Horniny sa pri zahrievaní a ochladení v magnetickom poli magnetizujú. Keď sa ochladzujú pod Curieho teplotou (asi 800 ° C, v závislosti od materiálu), kovové častice v hornine sa vyrovnajú pozdĺž okolitých magnetických polí a v tejto polohe zamrznú, čím sa vytvorí zvyšná magnetizácia.
Túto magnetizáciu je možné merať aj z vesmíru. Štúdie z obiehajúcich satelitov ukazujú, že magnetizácia Mesiaca siaha ďaleko za regióny vzorkované astronautmi Apolla. Celá táto magnetizácia znamená, že Mesiac musel mať magnetické pole v určitom okamihu svojej skorej histórie.
Väčšina magnetických polí, o ktorých vieme v slnečnej sústave, je generovaná dynamom. V zásade ide o prúdenie v kovovom tekutom jadre, ktoré efektívne pohybuje elektróny kovových atómov a vytvára elektrický prúd. Tento prúd potom indukuje magnetické pole. Predpokladá sa, že samotná konvekcia je poháňaná chladením. Keď sa vonkajšie jadro ochladzuje, chladnejšie časti klesajú do vnútra a umožňujú, aby sa teplejšie vnútorné časti pohybovali smerom von smerom von.
Pretože je Mesiac taký malý, očakáva sa, že magnetický dynamo, ktoré je poháňané konvekčným chladením, sa asi pred 4,2 miliardami rokov uzavrie. Dôkaz magnetizácie po tejto dobe by teda vyžadoval buď 1) zdroj energie iný ako chladenie na poháňanie pohybu tekutého jadra, alebo 2) úplne odlišný mechanizmus na vytváranie magnetických polí.
Laboratórne experimenty navrhli jednu takúto alternatívnu metódu. Veľké vplyvy vytvárajúce povodie by mohli na Mesiaci vytvárať krátkodobé magnetické polia, ktoré by sa zaznamenávali v horúcich materiáloch vyhodených počas nárazovej udalosti. V skutočnosti sú niektoré pozorovania magnetizácie umiestnené na opačnej strane Mesiaca (antipód) od veľkých povodí.
Ako teda zistíte, či bola magnetizácia v hornine vytvorená jadrom dynama alebo nárazovou udalosťou? Impulzne indukované magnetické polia trvajú iba asi 1 deň. Keby sa hornina ochladila veľmi pomaly, nezaznamenala by také krátkodobé magnetické pole, takže akýkoľvek magnetizmus, ktorý si zachováva, musí byť vytvorený dynamom. Horniny, ktoré boli zapojené do nárazov, tiež vykazujú šok v mineráloch.
Jedna lunárna vzorka číslo 76535, ktorá vykazuje známky pomalého ochladzovania a nemá šokové účinky, má zreteľnú zvyškovú magnetizáciu. To, spolu s vekom vzorky, naznačuje, že Mesiac mal tekuté jadro a dynamicky generované magnetické pole pred 4,2 miliardami rokov. Takéto jadrové dynamo je v súlade s konvekčným chladením. Ale čo ak sú mladšie vzorky?
Nové štúdie, ktoré nedávno publikovala veda Erin Shea a jej kolegovia naznačujú, že by to tak mohlo byť. Pani Shea, postgraduálna študentka na MIT, a jej tím študovali vzorku 10020, čadičový kobalt vo veku 3,7 miliardy rokov, ktorý priviezli astronauti Apolla 11. Ukázali, že vzorka 10020 nepreukazuje šok v mineráloch. Odhadujú sa, že ochladenie vzorky trvalo viac ako 12 dní, čo je omnoho pomalšie ako životnosť magnetického poľa indukovaného nárazom. A zistili, že vzorka je veľmi silne magnetizovaná.
Zo svojich štúdií pani Shea a jej kolegovia dospeli k záveru, že Mesiac mal asi pred 3,7 miliardami rokov silný magnetický dynamo, a teda pohybujúce sa kovové jadro. Je to dobre po čase, keď by sa vypnulo konvekčné chladiace dynamo. Nie je však jasné, či dynamo bolo nepretržite aktívne od 4,2 miliardy rokov, alebo či mechanizmus, ktorým sa pohybovalo jadro kvapaliny, bol rovnaký v 4,2 a 3,8 miliardy rokoch. Aké sú iné spôsoby, ako udržať tekuté jadro v pohybe?
Nedávne štúdie tímu francúzskych a belgických vedcov pod vedením Dr. Le Barsa naznačujú, že veľké dopady môžu Mesiac uvoľniť z jeho synchronnej rotácie so Zemou. To by vytvorilo príliv v tekutom jadre, podobne ako zemské oceány. Tieto prílivy a odlivy by spôsobili výrazné skreslenie na hranici jadra-plášťa, čo by mohlo viesť k veľkým tokom v jadre, čím by sa vytvorilo dynamo.
V ďalšej nedávnej štúdii Dr. Dwyer a jej kolegovia navrhli, aby precesia lunárnej rotačnej osi mohla roztaviť jadro kvapaliny. Blízkosť skorého mesiaca k Zemi by spôsobila kolísanie osi rotácie Mesiaca. Táto precesia by spôsobila rôzne pohyby v tekutom jadre a prekrývajúcom sa pevnom plášti, čo by spôsobilo dlhodobé (dlhšie ako 1 miliarda rokov) mechanické miešanie jadra. Dr. Dwyer a jeho tím odhadujú, že takéto dynamo by sa prirodzene zastavilo pred asi 2,7 miliardami rokov, keď sa Mesiac časom vzdialil od Zeme, čím sa znížil jeho gravitačný vplyv.
Magnetické pole navrhnuté štúdiou vzorky 10020 bohužiaľ nevyhovuje ani jednej z týchto možností. Oba tieto modely by poskytovali magnetické polia, ktoré sú príliš slabé na to, aby vyvolali silnú magnetizáciu pozorovanú vo vzorke 10020. Aby bolo možné vysvetliť tieto nové zistenia, bude potrebné nájsť inú metódu mobilizácie tekutého jadra Mesiaca.
zdroj:
Dlhodobé lunárne jadrové dynamo. Shea a kol. Science 27, január 2012, 453-456. doi: 10.1126 / science.1215359.
Dlhodobý lunárny dynamo poháňaný nepretržitým mechanickým miešaním. Le Bars a kol. Náture 479, november 2011, 212-214. doi: 10.1038 / nature10564.
Nárazom poháňané dynamo pre skorý mesiac. Dwyer a kol. Náture 479, november 2011, 215-218. doi: 10.1038 / nature10565.
