Egy művész benyomása a Hold megolvadt magjáról
Hernán Cañellas
A Hold mágneses tere egymilliárd évvel később tűnt el, mint azt korábban gondolták – jelentették amerikai bolygókutatók a folyóiratban megjelent cikkben. A tudomány fejlődése. A tudósok szerint 2,5 milliárd évvel ezelőtt létezhetett. A kutatók erre a következtetésre jutottak, miután megvizsgálták az Apollo 15 küldetés során 1971-ben nyert holdkőzetmintát.
Ma a Holdnak nincs globális mágneses mező ez azonban nem mindig volt így. A feltételezések szerint 4,25 és 3,56 milliárd évvel ezelőtt a Hold mágneses tere hasonló volt a Földéhez. A tudósok szerint a folyadékok heves mozgása hozta létre a műhold megolvadt magjában – ezt nevezik mágneses dinamónak. Azt azonban még mindig nem lehetett tudni, hogy pontosan mikor tűnt el a Hold mágneses tere: korábbi tanulmányok során a bolygókutatók nem tudták egyértelműen megmondani, hogy 3,19 milliárd éve teljesen eltűnt-e, vagy továbbra is létezett, csak gyengébb formában.
A kérdés megválaszolásához a Kaliforniai Egyetem (Berkeley) és a Massachusetts Institute of Technology kutatói holdkőzettöredéket elemeztek. A mintát, az elsősorban olvadt üvegből és bazalttöredékekből álló breccsát a Mare Imbrium régióban található Dune kráterből vettük. Az argon izotóp arány elemzése szerint a bazaltszemcsék körülbelül 3,3 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek a lávafolyamokból. A töredékeket összekötő üvegmátrix valószínűleg azután alakult ki, hogy körülbelül 1-2,5 milliárd évvel ezelőtt egy meteorit leesett a Holdra.
Ennél is fontosabb azonban, hogy az ősz során a bazalt belsejében lévő vasrészecskék megolvadtak – a fém elvesztette eredeti mágnesezettségét. Ahogy az üveg lehűlt, a vas lehűlt, a Hold mágneses tere irányában mágnesezetté vált, mint egy iránytű tűje, így megőrizve hatásának nyomait.
Bolygótudósok 20 kölcsönösen orientált fémszemcsét vizsgáltak meg az Apollo 15 holdküldetés során űrhajósok által visszaküldött mintákban. Először a tudósok egy rendkívül érzékeny magnetométerrel megmérték a minták természetes mágneses tulajdonságait. Fontos megjegyezni, hogy a Földön való 45 éves tárolás során a szemcsék részben megváltoztatták mágnesezettségüket a Föld mágneses mezejének hatására. A szerzők azonban közvetett bizonyítékokkal meg tudták állapítani, hogy a vasszemcsék már a Földre szállítás előtt is egy irányban mágnesezve voltak. Ezután egy laboratóriumi kemencében, ahol az oxigéntartalmat csökkentették, a tudósok magas hőmérsékletre (600-780 Celsius-fokra) hevítették a mintákat, miközben egyidejűleg ismert indukciós mágneses tér hatásának tették ki őket. A kutatók azt mérték, hogyan változik a kőzetek mágnesezettsége a környező hőmérséklet emelkedésével.
„Látod, hogyan válik [a minta] mágnesessé, ha ismert erősségű mágneses térben hevítik, majd összehasonlítod ezt a mágneses teret a korábban mért természetes mágneses térrel, és ebből megtudhatod, milyen volt a mágneses tér az ókorban. ”, kommentálja a mű egyik szerzője, Benjamin Weiss.
A kísérlet kimutatta, hogy 1-2,5 milliárd évvel ezelőtt a Hold mágneses tere 5 mikrotesla indukcióval rendelkezett. Ez körülbelül két nagyságrenddel gyengébb, mint 3-4 milliárd évvel ezelőtt. A kutatók szerint egy ilyen hatalmas különbség arra utalhat, hogy két különböző mechanizmus volt felelős a holddinamóért. A munka szerzői különösen azt sugallják, hogy 3,56 milliárd évvel ezelőttig a mágneses dinamót a Hold keringési precessziója hozta létre, amely sokkal közelebb volt a Földhöz, mint most. Aztán amikor a műhold eltávolodott tőlünk, valószínűleg egy másik folyamat lépett életbe, amely még egymilliárd évig gyenge mágneses teret tartott fenn. A kutatók szerint ez termokémiai konvekció volt. Aztán ahogy a mag fokozatosan lehűlt, a mágneses dinamó kialudt.
A kutatók most fiatalabb holdkőzetminták tanulmányozását tervezik, hogy megtudják, mikor tűnt el teljesen a Hold mágneses tere.
A közelmúltban a tudósok megerősítették a mágneses mező létezését az élet kialakulásához a bolygón. Ez mentette meg a Föld légkörét a fiatal Naptól. Ezenkívül a mágneses mező hiányát tartják az egyik oknak, amiért a Mars gáznemű burkával rendelkezik.
Kristina Ulasovich
A Föld mágneses tere folyamatosan megvéd minket a töltött részecskéktől és a Napból hozzánk érkező sugárzásoktól. Ezt a pajzsot a Föld külső magjában (geodinamó) hatalmas mennyiségű olvadt vas gyors mozgása hozza létre. Annak érdekében, hogy a mágneses tér a mai napig fennmaradjon, a klasszikus modell a mag 3000 Celsius-fokkal történő lehűlését képzeli el az elmúlt 4,3 milliárd év során.
A Nemzeti Központ kutatóinak egy csoportja azonban tudományos kutatás Franciaország és a Blaise Pascal Egyetem jelentése szerint a maghőmérséklet mindössze 300 fokkal csökkent. A Hold korábban figyelmen kívül hagyott akciója kompenzálta a hőmérséklet-különbséget és fenntartotta a geodinamót. A munka 2016. március 30-án jelent meg az Earth and Planetary Science Letters folyóiratban.
A Föld mágneses mezejének kialakulásának klasszikus modellje paradoxonhoz vezetett. Ahhoz, hogy a geodinamó működjön, a Földnek 4 milliárd évvel ezelőtt teljesen megolvadnia kellett, és magjának lassan le kellett hűlnie az akkori 6800 fokról a mai 3800 fokra. De a bolygó belső hőmérsékletének korai fejlődésének közelmúltbeli modellezése, valamint a legrégebbi karbonatitok és bazaltok összetételének geokémiai vizsgálatai nem támogatják az ilyen lehűlést. Így a kutatók azt sugallják, hogy a geodinamónak van egy másik energiaforrása is.
A Földnek enyhén lapított alakja és ferde forgástengelye van, amely a pólusok körül leng. Köpenye a Hold okozta árapályhatások miatt rugalmasan deformálódik. A kutatók kimutatták, hogy ez a hatás folyamatosan serkentheti az olvadt vas mozgását a külső magban, ami viszont generálja a Föld mágneses terét.
Bolygónk folyamatosan 3700 milliárd watt energiát kap a Föld-Hold-Nap rendszer gravitációs forgási energiájának átvitelén keresztül, és vélhetően több mint 1000 milliárd watt áll a geodinamó rendelkezésére. Ez az energia elegendő a Föld mágneses mezőjének generálásához, és a Holddal együtt ez magyarázza a klasszikus elmélet fő paradoxonát. Befolyás gravitációs erők A bolygó mágneses mezejét már régóta megerősítették a Jupiter Io és Europa műholdjai, valamint számos exobolygó példájával.
Mivel sem a Föld forgása a tengely körül, sem a tengely iránya, sem a Hold keringése nem szabályos, együttes hatásuk instabil, oszcillációkat okozhat a geodinamóban. Ez a folyamat megmagyarázhatja a külső magban és a Föld köpenyével határos hőimpulzusok egy részét.
Így az új modell azt mutatja, hogy a Hold hatása a Földre messze túlmutat az árapályokon.
Ugyanakkor vannak olyan felvetések, hogy a Hold részt vesz a Föld magjának keverésében. A Hold is részt vehet a keveredésben a föld magja. A kutatást követően francia tudósok erre a következtetésre jutottak, ahogy az a Föld és a Planetary Science Letters oldalain olvasható.
Francia bolygótudósok és geofizikusok szerint a Hold árapály-erők segítségével képes összekeverni a Föld magját, így fenntartja a geomágneses teret. Mint ismeretes, a mágneses tér megvédi a bolygót a feltöltött kozmikus részecskéktől, de csak a Földnek köszönhetően nem tartott volna fenn ilyen hosszú ideig.
Létezik egy olyan változat, amely szerint a Hold segít összekeverni a vasból és nikkelből álló folyékony külső magot, ami megakadályozza ezeknek az elemeknek a lehűlését, és lehetővé teszi tevékenységük folytatását. Ahogy korábban gondoltuk, a geomágneses tér működését a Föld forgása, valamint a belső és a külső réteg közötti hőmérsékletkülönbség biztosítja.
A tudósok számításai szerint a külső magoknak 4,3 milliárd év alatt 5,4 ezer fokkal kellett volna lehűlniük, de végül csak néhány száz fokkal hűltek le. Ez arra utal, hogy a Föld mágneses mezejének mechanizmusát külső mechanizmus is befolyásolja. Lehetnek árapály-erők, amelyek a Hold gravitációs mezeje miatt keletkeznek.
A Föld által az árapály-erők által kapott energiának elegendőnek kell lennie a bolygó mágneses mezejének megfelelő működéséhez.
Mágneses mező
A Hold és a Nap jelenléte okozta gravitációs hatások ciklikus deformációt okoznak a Föld köpenyében, ezáltal megingatják annak forgástengelyét. Ez a mechanikai hatás az egész bolygó egészét érinti, és erős áramlatokat okoz a külső magban, amely nagyon alacsony viszkozitású folyékony vasból áll. Az ilyen áramok elegendőek a Föld mágneses mezőjének létrehozásához.
A Föld mágneses tere folyamatosan megvéd minket a töltött részecskéktől és a Nap által generált sugárzástól. Ezt a pajzsot a geodinamó alkotja, amely hatalmas mennyiségű folyékony vasötvözet gyors mozgása a Föld külső magjában. Ennek a mágneses mezőnek a fenntartására egészen ma, a klasszikus modell szerint a Földnek volt egy magja, amely körülbelül 3000 °C-kal hűlt le az elmúlt 4,3 milliárd év során.
A CNRS és a Pascal Egyetem kutatóiból álló csoport most azt állítja, hogy a maghőmérséklet mindössze 300 °C-kal csökkent. Ennek az az oka, hogy a tudósok mindeddig nem vették figyelembe a Hold hatását, amelyről úgy tartják, hogy kompenzálta ezt a különbséget, és aktív állapotban tartotta a geodinamót. A kutatók munkája 2016. március 30-án jelent meg az Earth and Planetary Science Letters folyóiratban.
A Föld mágneses mezejének kialakulásának klasszikus modelljében van egy paradoxon: a geodinamó működése során a Föld négymilliárd éve teljesen megolvadt magja, amelynek hőmérséklete akkoriban körülbelül 6800 °C volt, lehűlt volna. 3800 °C. A bolygó belső hőmérsékletének korai evolúciójáról készült közelmúltbeli szimulációk, valamint a legrégebbi karbonatitok és bazaltok összetételének geokémiai vizsgálatai azonban nem erősítették meg az ilyen lehűlést. Így a kutatók azt sugallják, hogy a geodinamónak van egy másik energiaforrása is.
A Föld enyhén lapított alakú, és egy ferde tengelyen forog, amely a pólusok körül leng. Köpenye a Hold okozta árapályhatások miatt rugalmasan deformálódik. A kutatók kimutatták, hogy ez a hatás folyamatosan stimulálhatja a külső magot alkotó folyékony vasötvözet mozgását, és ezáltal generálhatja a Föld mágneses terét. A Föld-Hold-Nap rendszer forgásából származó gravitációs energia átvitelének köszönhetően a Föld folyamatosan 3700 milliárd watt energiát kap, amelyből a feltételezések szerint több mint 1000 milliárd watt áll rendelkezésre az ilyen típusú mozgások létrehozására a külsőben. mag. Ez az energia elegendő a Föld mágneses mezőjének generálásához, ezzel megoldva a klasszikus elmélet fő paradoxonát. A gravitációs erőknek a bolygó mágneses terére gyakorolt hatását a Jupiter két holdja, az Io és az Europa, valamint számos exobolygó esetében már dokumentálták.
Mivel sem a Föld tengelye körüli forgása, sem tengelyének iránya, sem a Hold keringése nem állandó, ezek együttes hatása a magban történő mozgásra instabil, és a dinamóban oszcillációkat okozhat. Ez a folyamat magyarázhatja a melegebb régiók jelenlétét a külső magban és a Föld köpenyével való határán. Ami viszont jelentős vulkáni eseményekhez vezethet a Föld történetében. Egy új modell azt mutatja, hogy a Hold hatása a Földre messze túlmutat az egyszerű árapályokon.
Nemrég fedezték fel, hogy a Holdnak mágneses tulajdonságai is vannak. Az automata szondákból nyert adatok azt mondták a tudósoknak, hogy a napszél a Hold körül kering, és teljesen másképpen lép kölcsönhatásba vele, mint a Földdel, mert bolygónkkal ellentétben nincs saját mágneses tere. De ez egyáltalán nem akadályozza meg…
A Föld körül a napszél áramlása alkotja a magnetoszférát - egy hatalmas, hosszúkás csepp alakú üreget, amelyben geomágneses mező nyilvánul meg. A fejrész mindig a Nap felé néz, ahonnan a napszél a határáig 10-12 földsugár, azaz körülbelül 70 ezer kilométer. A Föld éjszakai oldalán, antiszoláris irányban a magnetoszféra hosszú farka több mint 200 földsugárban húzódik, hossza több mint egymillió kilométer. Ez a magnetoszféra pedig a Földdel együtt kering pályán, beburkolja a Földet és megvédi a bolygót a káros rövidhullámú sugárzástól.
De ez mind a Föld mágneses héja. Mi a helyzet bolygónk műholdjával? A Hold mágneses mezőjéről először az Orosz Tudományos Akadémia Földi Mágnesesség, Ionoszféra és Rádióhullám-terjedés Intézetének orosz tudósai szereztek megbízható kísérleti információkat, amikor egy űreszköz első sikeres repülése a Földről a Holdra 1959-ben indították el. Erről külön is beszélni kell, mivel ezt az űrmissziót először szerelték fel olyan tudományos műszerekkel, amelyek telemetrikusan továbbították a tudományos adatokat az irányítóközpontba a Földről a Holdra való repülés során, mivel a küldetés sorsa rövid volt - repülni a Hold és a lezuhanás egy kemény leszállás során...
1959. szeptember 12-én felbocsátották a Vostok-L hordozórakétát, amely a Luna-2 automatikus bolygóközi állomást (AIS) a Hold felé tartó repülési pályára helyezte. Az űrrepülőgépnek nem volt saját meghajtórendszere, és 1959. szeptember 14-én egyszerűen lezuhant, a világon először elérve a Hold felszínét a Mare Serenity régióban, az Aristil, Archimedes és Autolycus kráterek közelében. A Szovjet Szocialista Köztársaságok Uniójának címerét ábrázoló zászlót szállították a Hold felszínére! N. S. Hruscsov a zászló másodpéldányát ajándékozta az amerikai elnöknek, Mr. Eisenhowernek amerikai útja során.
A tudományos eredmények szempontjából ez volt az első sikeres kísérlet. A Luna 2 űrszondát tudományos berendezésekkel látták el: szcintillációs számlálókkal, Geiger számlálókkal, magnetométerekkel és mikrometeorit detektorokkal. A magnetométerekért az IZMIRAN alkalmazottja, a laboratórium vezetője, S. Sh Dolginov, a bolygómágnesesség specialistája volt. A műszerek telemetriai jeleit sikeresen fogadták, de a magnetométerek jelei nem mutatták a Hold mágneses terének nagyságát! Kísérletet hajtottak végre a Hold mágnesességének mérésére, és szükség volt arra, hogy bizalommal rendelkezzen a műszereiben, és rendkívüli bátorságra volt szüksége ahhoz, hogy azonnal kifejezze álláspontját, ahogy S. Sh. Azt mondta, hogy a Holdnak nincs saját mágneses tere dipólus konfigurációban! Az eredményeket az orosz tudományos sajtóban tették közzé. Így született ez az első felfedezés, amely a Holdat nem mágneses kozmikus testként határozta meg!
Évek teltek el az űrbe tett első lépések óta. Manapság az űrmissziók sokrétűek és változatosak, beleértve a mágneses mezők mérését a napszélben és a magnetoszférában, aszteroidákon és más bolygókon. És most sokkal finomabb hatásokat és kölcsönhatásokat lehet tanulmányozni és felfedezni.
Nemrég pedig kiderült, hogy a Hold, amelynek nincs saját mágneses tere, ennek ellenére befolyásolja a mágneses tereket a napszélben, és ezeket a változásokat a Hold felszínétől több tízezer kilométerre észlelik. Ennek oka a Hold körüli áramlás sajátosságai a közvetlenül a Napból rohanó folyamatos plazmaárammal, amely nagyon változó, paraméterei gyorsan változnak. Változik a szembejövő plazmában a részecskék sebessége és sűrűsége, valamint a bolygóközi mágneses tér. napszél mértékegységtől több tíz nT-ig változó.
De miért történik mindez, hiszen a Holdnak saját mágneses tere hiánya miatt nincs magnetoszférája? A lényeg a következő: a napszélplazma áramlása szabadon eléri a Hold megvilágított oldalán lévő műhold felszínét. Maga azonban a Napból származó bolygóközi mágneses teret hordoz, és egy vezető közeg, amelynek szerkezete és viselkedése a Hold körüli áramlása során sokkal összetettebbnek bizonyult, mint azt a NASA kutatói feltételezték, amint azt egy friss sajtóközleményben közölték. .
Még a Hold felszíne felett körülbelül 10 ezer kilométeres távolságban is rögzítik az ionok és elektronok plazmaáramlását, ami turbulens zavarokat okoz a közeledő napszél áramlásában. A plazma paraméterei már jóval a Hold felszíne előtt megváltoznak.
A napszél turbulenciájának e jelenségeit már jóval az akadály előtt azonosították számos űrszonda adataiban: a Lunar Prospector amerikai szonda, a japán Kaguya (SELENE), a kínai Chang ′ e-2, az indiai Chandrayaan-1.
Az ARTEMIS űrszonda az elektronok és ionok sűrűségének és energiájának változása mellett elektromágneses és elektrosztatikus hullámok jelenlétét is detektálta a Holdtól még nagyobb távolságban a napszél áramlásában. Ez a terület a sűrített plazma zónájához hasonlít, amikor egy akadály körül áramlik, az úgynevezett „foreshock”. Ez a jelenség az orr lökéshullám előtt fordul elő a Föld magnetoszférájában. Mivel a Holdnak, mint fentebb említettük, nincs magnetoszférája, ez a jelenség valószínűleg az akadályok körül áramló plazma sajátosságainak tulajdonítható.
A plazmafolyamatok számítógépes modellezése kimutatta, hogy közvetlenül a Hold felszíne közelében, a napsugárzás hatására változó elektromos mezők keletkeznek, amikor a plazmaáramlás áramlik. Kiderült, hogy fel tudják gyorsítani az atomok elektronhéjából a Nap ultraibolya sugarai által kiszabaduló elektronokat. Az ionáramlások a napszél protonjaiból jönnek létre, és visszaverődnek a remanens mágnesezettség gyenge mágneses mezőinek hatására, amelyek a Föld műholdjának felszíni kőzeteiben megmaradnak a Hold felszínének bizonyos területein. Ezek az ionáramok visszaverődnek az űrbe, és szökőkutak sugaraihoz hasonlítanak.
A felszíntől alig néhány méteres távolságban megjelenő remanens mágnesezettségű elektromágneses mezők turbulens zavarokat váltanak ki a napszélben a Holdtól több ezer kilométerre. Hasonló jelenségek fordulhatnak elő a Naprendszer más testeinek környezetében, amelyek nem rendelkeznek saját globális mágneses mezővel. A napszél ilyen akadályok körüli áramlása számos váratlan plazmahatást tárt fel, amelyek további kutatást igényelnek.
Ezek az adatok fontosak a Holdra irányuló emberes küldetések biztonságának meghatározásához.
Ma a Holdnak nincs mágneses tere, de ez nem mindig volt így; 4253,56 milliárd évvel ezelőtt a Hold mágneses tere megegyezett a Föld mágneses terejével. A mező a folyadékok körkörös mozgása miatt jött létre a Hold megolvadt magjában - az úgynevezett holddinamóban.
TuiPhotoEngineer | Shutterstock
A tudósoknak régóta nehézséget okozott a mágneses tér eltűnésének időpontjának meghatározása. Korábbi tanulmányok nem tudták biztosan megmondani, hogy a mező 3,19 milliárd éve teljesen eltűnt, vagy gyengébb formában maradt.
A kérdés megválaszolása érdekében a tudósok úgy döntöttek, hogy 3,56 milliárd évesnél fiatalabb kőzetmintákat vizsgálnak meg – mondja Sonia Tiku, bolygókutató és a tanulmány társszerzője a Rutgers Egyetemről (Kanada).
Tiku és kollégái a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemről (USA) és a Massachusettsi Egyetemről Műszaki Egyetem(USA) elemzett egy szikladarabot, amelyet az Apollo 15 küldetés hozta a Földre 1971-ben. A minta nagyobb sziklákról leszakadt bazalttöredékeket tartalmaz. Az argon különböző izotópjainak arányán alapuló datálás kimutatta, hogy a bazalt a 3,3 milliárd éve kitört lávából keletkezett.
A bazalttöredékeket üvegszerű anyag köti össze, amely akkor keletkezett, amikor az ásvány meteorit becsapódás hatására megolvadt. A kutatók úgy vélik, hogy az üveges anyag 12,5 milliárd évvel ezelőtt keletkezett. Az ütközés következtében vastartalmú szemcsék is megolvadtak a bazaltban. Gyorsan lehűlve újra kristályosodtak az üveges anyaggá, "rögzítve" a Hold mágneses terét.
Különböző hőmérsékleteken végzett kísérletek sorozata után a csapat megállapította, hogy a szemcsék akkor keletkeztek, amikor a Hold mágneses tere tízszer gyengébb volt, mint a Földé.
Egy ilyen mező 1000-szer erősebb, mint amit az űrhajósok mértek, és sokkal erősebb, mint a Föld által generált mező lenne.
Tiku biztos abban, hogy a holddinamó 12,5 milliárd évvel ezelőtt még működött. A mező hosszú fennállása kizárja annak lehetőségét, hogy a dinamó erős lökések eredménye, amelyek csak átmeneti mágneses tereket tudtak generálni. De a becsapódások, amelyek elég erősek ahhoz, hogy ideiglenes mágneses mezőt hozzanak létre, csaknem 3,7 milliárd évvel ezelőtt értek véget. Chiku szerint valószínűleg több mechanizmus is szerepet játszott.
A Hold erős mágneses tere valószínűleg a Föld gravitációs vonzása által a Hold köpenyére gyakorolt hatás és a köpeny-ingadozások hatására alakult ki, amelyek örvényt indítottak el a Hold folyékony magjában. Azonban ahogy a Hold eltávolodott a Földtől, és a gravitációs vonzás egyre gyengébb lett, egy másik mechanizmus kezdett uralkodni, amely gyengébb mezőt produkált.
Lehetséges, hogy a gyengébb mező akkor jött létre, amikor a Hold magja lehűlt, és energia szabadult fel a vas megszilárdítása és a mag könnyebb elemekkel, például szénnel és kénnel való kavarásával.
A tanulmány eredményei fontosak, ha olyan idegen világokról van szó, amelyek támogathatják az életet. A kis bolygótesteket nem lehet kizárni az állandó mágneses mezővel rendelkezők listájából fontos tényező légkör és víz jelenlétére.
