Согласно заявлению геологов, представленному в публикации, масштабные скальные структуры, достигающие шестидесяти километров в поперечнике и погружающиеся в мантию молодой Луны, потенциально могли стимулировать конвекционные процессы внутри ее недр. Nature Astronomy. Ученые предполагают, что эти явления периодически являлись причиной возникновения мощного магнитного поля на протяжении первого миллиарда лет существования спутника Земли.
Александр Эванс, соавтор исследования из Стэнфордского университета (США), отметил: «Современные модели формирования магнитных полей планет указывают на то, что небесное тело размером с Луну не должно быть способно генерировать магнитное поле такой же интенсивности, как у Земли. Тем не менее, существуют доказательства того, что в прошлом Луна обладала подобным полем».
Лунные породы, привезенные на Землю американскими астронавтами во время миссии «Аполлон», оказались ценным источником информации о нашем спутнике и породили давнюю научную загадку. Исследования выявили, что некоторые образцы сформировались в условиях мощного магнитного поля, потенциально сопоставимого с земным. Однако механизм возникновения такого поля у небесного тела размером с Луну оставался неясным.
«Вместо поиска непрерывного процесса поддержания сильного магнитного поля на протяжении миллиардов лет, мы обратили внимание на возможность его периодического возникновения», – отметил Александр Эванс.
Магнитные поля формируются в планетарных телах посредством динамо-механизма. Рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов внутри планеты, а непрерывное перемешивание электропроводящего материала приводит к генерации магнитного поля – подобным образом оно образуется и у Земли, обеспечивая защиту поверхности от вредного солнечного излучения.
На сегодняшний день Луна лишена магнитного поля, а существующие модели ее ядра указывают на то, что она всегда была недостаточно велика и не обладала достаточной конвективной силой для создания постоянного мощного магнитного поля.
«Для возникновения интенсивной конвекции в ядре необходимо эффективное рассеивание тепла, однако у молодой Луны мантия, окружающая ее ядро, имела температуру лишь немного отличающуюся от температуры ядра самого себя. Из-за отсутствия путей для отвода тепла, сильная конвекция не могла развиться. Тем не менее, наша модель демонстрирует, как погружение вглубь камней могло инициировать этот процесс», – пояснил Александр Эванс.
Формирование так называемых тонущих камней началось спустя несколько миллионов лет после возникновения Луны. Согласно научным представлениям, изначально поверхность спутника Земли представляла собой океан расплавленной породы. В процессе остывания и затвердевания более тяжелые минералы, такие как оливин и пироксен, погружались на дно, в то время как менее плотные, например анортозит, поднимались вверх, формируя кору.
Оставшаяся жидкая магма характеризовалась высоким содержанием титана, а также элементов, выделяющих тепло – тория, урана и калия, что замедлило процесс затвердевания. Когда этот слой, богатый титаном, окончательно кристаллизовался под корой, он оказался более плотным по сравнению с ранее сформировавшимися минералами внизу. Впоследствии эти титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу.
Ученые установили, что при достижении каждым из этих скоплений глубин Луны происходили ощутимые толчки динамо-механизма. Располагаясь немного ниже лунной коры, титановые образования должны были быть относительно прохладными по сравнению с ядром, и контакт между ними вызывал усиление конвекции из-за разницы температур.
«В этом случае происходит соприкосновение чего-то очень холодного с ядром, что приводит к резкому выбросу тепла. Это способствует интенсивному перемешиванию и позволяет периодически генерировать мощные магнитные поля», – пояснил Александр Эванс.
В течение первого миллиарда лет своего существования Луна могла подвергнуться до сотни подобных явлений, каждое из которых генерировало мощное магнитное поле, сохраняющееся приблизительно на протяжении столетия. Предложенная модель не только объясняет магнитные характеристики, обнаруженные в лунных породах, но и позволяет понять, почему эти характеристики существенно варьируются от одного образца к другому: некоторые демонстрируют выраженные сигнатуры, а у других они практически не проявляются.
«Предлагаемая нами концепция дает возможность объяснить как интенсивность, так и изменчивость магнитных свойств, которые мы фиксируем в образцах, доставленных миссиями «Аполлон». При этом ее можно проверить относительно просто: для этого потребуется повторный анализ лунных пород с целью обнаружения признаков слабого магнитного фона в тех образцах, которые не содержат выраженных сигнатур, сформированных под воздействием сильного магнитного поля», – подытожил Александр Эванс.
