Проклятая гравитация. Как Земля породила и убила мощное магнитное поле Луны - фото

Проклятая гравитация. Как Земля породила и убила мощное магнитное поле Луны

5 января 2020, 07:00

Ученые из США определили, что несколько миллиардов лет назад у Луны было собственное магнитное поле, которое в два раза мощнее чем земное

Коротко:

— куда делось магнитное поле Луны

— когда исчезнет магнитосфера Земли

— какая планета может уничтожить космический корабль своими магнитными силами

С егодня на Луне очень сложно определить стороны света, ведь обычный компас там не работает из-за отсутствия магнитных полей. Оказывается, так было не всегда, и раньше Земля обеспечивала Луну мощнейшими магнитными силами.

Видео дня

Что мы знаем о Луне, кроме того, что это твердый каменистый спутник Земли? Да, вероятно, Луна является частью Земли, поскольку она сформировалась из-за столкновения нашей планеты с другой планетой. И, да, Луна помогает земной оси пребывать в стабильном состоянии и защищает нас от ударов метеоритов.

Но, фактически, Луна — это неактивный, можно даже сказать «мертвый», объект, который не имеет собственной атмосферы и совсем не похож на Землю. Хотя, недавнее обнаружение воды на полюсах Луны стало настоящим открытием для астрономов.

Новое исследование ученых из США гласит, что пару миллиардов лет назад у Луны было гораздо больше общего с Землей: кроме того, что наша планета располагалась намного ближе к своему естественному спутнику, Земля помогала Луне поддерживать очень мощное магнитное поле.

Признаки магнитной активности на Луне нашли благодаря экземплярам лунной породы, которую астронавты миссий NASA Аполлон привезли на Землю 50 лет назад.

НВ разбиралось, как у Луны могло образоваться магнитное поле в два раза мощнее, чем у Земли, и почему оно пропало около миллиарда лет назад.

Benjamin Weiss

Фото: Benjamin Weiss

Что узнали американские ученые?


На днях представители Массачусетского технологического института опубликовали исследование, согласно которому большую часть существования Луны у нее было собственное магнитное поле благодаря гравитационному воздействию Земли.

Ученые проанализировали образцы лунной породы, которые астронавты NASA привезли на Землю в рамках миссий Аполлон, и обнаружили, что в самых старых камнях, возрастом около 4 млрд лет, показатели индукции магнитного поля составляют примерно 100 микротесла. К сравнению, аналогичную силу магнитного поля Земли оценивают всего в 50 микротесла.

При этом, в лунных камнях, которым было 2,5 млрд лет, этот показатель составил 10 микротесла. А в самой «молодой» лунной породе, возрастом всего в 1 млрд лет, зафиксировали лишь 0,1 микротесла. Это может подтвердить, что магнитное поле на Луне пропало относительно недавно, а ранее оно было гораздо мощнее, чем на нашей планете.

Авторы исследования называют привезенные лунные камни «маленькими компасами», поскольку благодаря анализу положения электронов внутри них ученые смогли определить, какие направление и сила были у магнитного поля Луны в разные периоды ее развития.

Правда, экспертам нужно было проверить, насколько точными являются эти «компасы», ведь после частых столкновений Луны с другими объектами камни могли очень сильно нагреваться и искажать реальные данные о магнитных силах. Для этого руководители эксперимента нагрели лунную породу до высоких температур и подвергли ее действию искусственного магнитного поля в лабораторных условиях.

Оказалось, что показатель индукции в камнях все равно составлял 0,1 микротесла, как и миллиард лет назад. Это означает, что привезенная порода является достаточно надежным источником информации о воздействии магнитных сил на молодой Луне.

Purdue University image/Kate Starr

Фото: Purdue University image/Kate Starr

Как появилось магнитное поле на Луне и почему оно пропало?


Сложнее было определить причины появления таких мощных магнитных сил на естественном спутнике Земли, и, тем более, узнать, почему вдруг они сильно ослабли за относительно короткий период.

Известно, что магнитное поле нашей планеты появилось благодаря так называемому эффекту магнитного динамо, — теплопередачи в жидких металлах внутреннего ядра на глубине около 2900 км под поверхностью Земли. Электрически заряженная жидкость (смесь расплавленного железа и никеля) постепенно движется, создавая магнитные силы на поверхности нашей планеты.

Ученые предполагают, что сильное магнитное поле Луны около 4 млрд лет назад было вызвано аналогичным эффектом, — тогда внутреннее ядро нашего спутника также было жидким и активным.

Как ни странно, эта активность была вызвана гравитационным воздействием Земли: поскольку Луна была расположена гораздо ближе к нам, сильная гравитация Земли приводила к движению и нагреву жидкости в ядре Луны с последующей генерацией мощного магнитного поля. Авторы работы называют этот процесс лунной прецессией, и такое же явление лежит в основе работы гироскопических устройств.

Со временем Луна отдалялась от Земли и гравитация нашей планеты воздействовала на спутник меньше, из-за чего активность лунного ядра прекратилась и оно постепенно кристаллизовалось в твердый каменистый объект, каким мы знаем его сегодня. Этот процесс начался приблизительно 2,5 млрд лет назад, после чего сила магнитного поля Луны снизилась до 0,1 микротесла, что можно сравнить с его полным отсутствием.

«Магнитное поле — это та размытая вещь, которая пронизывает пространство, как невидимое силовое поле. Мы показали, что эффект магнитного динамо, который отвечал за магнитное поле Луны, прекратился где-то между 1,5 и 1 млрд лет назад и, похоже, действовал, как и на Земле», — говорит руководитель исследования профессор Бенджамин Вайсс.

Ученые доказали, что магнитное поле — это чрезвычайно переменчивая сила, и на примере Луны можно наблюдать, как его воздействие снизилось в 1000 раз (от 100 до 0,1 микротесла) всего за 2,5 млрд лет.

Похожее, кстати, происходит и с магнитным полем Земли, ведь за 4,5 млрд лет существования нашей планеты северный и южный магнитные полюса сотни раз ослабевали, усиливались и даже менялись местами. Очередное ослабление магнитного поля уже на подходе и оно не сулит ничего хорошего для всего живого на Земле.

Shutterstock

Фото: Shutterstock

Что не так с магнитным полем Земли?


Ранее НВ писало, что эксперты из Британской геологической службы и Национальных центров экологической информации США засекли рекордное перемещение северного магнитного полюса на 50 км в сторону Сибири всего за один год. Это стало первым в истории случаем, когда магнитный полюс пересек меридиан, и расположился на рекордной близости к географическому полюсу, — на расстоянии всего в три градуса или около 390 км.

С середины XVII века до 1990-х северный магнитный полюс был расположен в разных точках канадской Арктики, но последние 30 лет он начал очень быстро дрейфовать и значительно сдвинулся в сторону российской Сибири. Изменения в магнитном поле Земли вызваны движением того самого расплавленного железа в ядре планеты.

Пока изменения магнитного поля Земли представляют неудобства только для систем навигации: из-за резкого изменения северного магнитного полюса все организации, которые пользуются системами навигации на основе магнитных компасов, должны будут откорректировать работу своих устройств.

В это число входят аэрокосмические администрации вроде NASA, авиационные управления, министерства обороны разных государств и даже Google и Apple, — в течении нескольких месяцев они должны будут изменить программное обеспечение своих устройств, чтобы карты и фирменные приложения с компасами работали более точно, учитывая новое положение северного магнитного полюса.

Смещение магнитных полюсов также является предвестником более грандиозного события — ослабления магнитного поля Земли и полной инверсии магнитных полюсов. Ученые полагают, что магнитные полюса Земли меняются местами каждые 500 тыс. лет, хотя последнее изменение произошло почти 800 тыс. лет назад.

Поскольку у исследователей нет оборудования, которое позволило бы проанализировать процессы на глубине в тысячи километров под поверхностью Земли, мы до сих пор не знаем, почему и как именно происходят изменения в магнитном поле, равно как и не можем определить точную дату следующего ослабления магнитосферы.

Сейчас магнитное поле Земли ослабевает в среднем на 5% каждые 100 лет, и когда оно окончательно пропадет должно пройти от 5000 до 10 тыс. лет для полного восстановления магнитных полюсов в противоположном положении.

Этот период и будет самым опасным для всего живого на нашей планете: из-за того, что Земля окажется без защитного магнитного слоя, действия внешних космических сил, включая солнечную радиацию, будут гораздо более разрушительными. Кроме негативного воздействия палящего Солнца на живые организмы, экосистема планеты может сильно нарушиться, ведь многие животные используют магнитное поле для ориентации в пространстве.

Как бы там ни было, этот жестокий процесс является естественным и для других планет Солнечной системы.

NASA

Фото: NASA

Какое магнитное поле у других планет?


По данным предварительных исследований, у наших соседних планет также есть магнитные поля, но они не такие сильные, как у Земли. Например, у Меркурия и Венеры потоки жидких металлов в ядре не такие интенсивные, а у Марса ядро и вовсе затвердело, как у Луны, поэтому Красная планета имеет только остаточное магнитное поле.

К слову, отсутствие магнитосферы у Марса может стать одним из главных препятствий в планах Илона Маска и SpaceX по колонизации этой планеты. Поскольку относительно сильное магнитное поле Земли смягчает прямое воздействие солнечной радиации, остаточные магнитные силы на Марсе не способны защитить любые живые организмы, включая потенциальных колонизаторов с Земли.

Ученые также считают, что отсутствие магнитосферы на Марсе стало причиной существования там чрезвычайно разреженной атмосферы. В сочетании с периодическими сильными пылевыми бурями, эти условия являются довольно жесткими даже для наших исследовательских аппаратов, не говоря уже о живых людях.

Однако, наблюдения показывают, что слабое магнитное поле у Венеры не помешало образованию плотной атмосферы на этой планете. Предполагается, что 4 млрд лет назад Венера была сильно похожа на Землю и на ее поверхности была жидкая вода. Но из-за сильного парникового эффекта (который, возможно, произойдет и на Земле), на поверхности Венеры возросла концентрация токсичных газов и образовался плотный ионизированный слой, который также называют индуцированной магнитосферой.

Таким образом, даже без сильного магнитного поля Венера защищена от действия солнечной радиации. Хотя это не означает, что мы можем туда переселиться, ведь температура на поверхности Венеры составляет почти 500 градусов Цельсия, а обычное давление приравнивается к давлению на глубине почти в 1 км под водой на Земле.

Самым сильным и необычным магнитным полем в Солнечной системе обладает наибольшая планета, которая оборачивается вокруг Солнца — Юпитер. Индукция магнитного поля Юпитера на экваторе составляет около 430 микротесла (в 10 раз больше, чем у Земли). Ученые связывают это с чрезвычайно быстрой скоростью обращения Юпитера вокруг своей оси, — планета делает полный оборот всего за 10 часов.

Пока нам точно неизвестно строение Юпитера, но исследователи предполагают, что магнитное поле этой планеты генерируется не из-за активности внутреннего ядра, а из-за изменений во внешних слоях, которые состоят из жидкого металлического водорода.

Из-за мощного магнитного поля, вокруг Юпитера образуются интенсивные радиационные пояса из заряженных частиц солнечного излучения. Чтобы защитить от разрушительного воздействия этих поясов автоматическую межпланетную станцию Juno, которая сейчас исследует Юпитер, инженерам NASA пришлось установить на нее дополнительные экраны из титана. Так что перебарщивать с магнитными полями также нельзя.

Делитесь материалом




Радіо НВ
X