Изначально предполагалось, что у Луны существовало несильное магнитное поле. Оно исчезло в отдаленные времена, однако его проявления продолжают обнаруживаться в лунных горных породах. Так, в образцах, доставленных астронавтами в рамках миссии «Аполлон», исследователи зафиксировали так называемую остаточную намагниченность. Уже не одно десятилетие ученых занимает вопрос о причинах сохранения этих аномалий, поскольку теоретически они не должны сохраняться. К решению этой задачи приблизилась группа специалистов из Соединенных Штатов Америки.
Астрономы предполагали, что в далеком прошлом Луна обладала магнитным полем. Образцы, доставленные космонавтами миссий «Аполлон» в 1960-70-х годах, а также глобальные измерения нашего спутника, выполненные дистанционно с помощью космических аппаратов, подтвердили эту гипотезу и показали присутствие остаточной намагниченности в лунных породах.
В подавляющем большинстве ситуаций магнитные поля планет и их спутников обусловлены внутренними процессами самовозбуждения динамо-механизмом, в процессе генерации используется движение металлов в жидком ядре, обладающих способностью проводить электрический ток.
Земное магнитное поле создается благодаря внутреннему динамо. Предполагается, что и Луна в прошлом обладала подобным механизмом. Однако металлическое ядро спутника гораздо меньше, поэтому магнитное поле там, скорее всего, было слабее. Если это так, то, по мнению ученых, остаточная намагниченность лунных пород не должна была бы присутствовать, но она зафиксирована.
Существует гипотеза, объясняющая возникновение магнитных аномалий: они могли образоваться вследствие усиления слабого магнитного поля, возникшего после мощного столкновения. Некоторые ученые полагают, что импактное событие могло породить облако плазмы, что, в свою очередь, привело к усилению магнитного поля. Плазма представляет собой ионизированный газ, состоящий из заряженных частиц (электронов и ионов), и их движение способно вызвать подобный эффект.
В 2020 году американские физики Рона Оран ( Rona Oran) и Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss) из Массачусетского технологического института проверили гипотезу на компьютере. Ученые смоделировали гигантский удар по Луне и одновременно учли генерируемое Солнцем магнитное поле, рассредоточенное в межпланетном пространстве. Поскольку естественный спутник в настоящий момент не имеет собственного магнитного поля, для эксперимента исследователи взяли внешний источник.
Солнечное магнитное поле воздействует на Луну, однако его интенсивность значительно снижается из-за большого расстояния. Оран и Вайс стремились выяснить, способно ли плазменное облако, возникшее в результате столкновения астероида, временно увеличить это поле и объяснить сохранившуюся намагниченность лунных пород. В ходе исследования стало ясно, что даже при самом сильном ударе и образовании плазмы такая возможность не реализуется. Предложенная гипотеза не подтвердилась.
В новом исследовании Оран и Вайс выбрали иной подход. Физики использовали данные о древнем магнитном поле Луны, которое когда-то генерировалось внутренним динамо. Исходя из размеров лунного ядра, ученые рассчитали, что его сила могла достигать почти одного микротесла – это примерно в 50 раз меньше, чем магнитное поле Земли.
Ученые создали модель, имитирующую сильное столкновение с лунной поверхностью, подобное тому, что стало причиной формирования Моря Дождей на видимой стороне. Это привело бы к образованию огромного облака плазмы, поскольку испарилась бы часть лунной поверхности. Затем физики смоделировали, как образовавшаяся плазма будет взаимодействовать со слабым магнитным полем Луны.
Согласно результатам моделирования, ударная волна привела бы к расширению плазменного облака, которое обошло бы Луну и сконцентрировалось в области, находящейся на противоположном от места падения метеорита полушарии – в районе южного полюса, где регулярно регистрируются магнитные аномалии. В этой области плазма вызвала бы сжатие и кратковременное усиление слабого магнитного поля Луны. Весь этот процесс развивался стремительно и занял бы всего 40 минут, что вполне достаточно для сохранения «магнитного отпечатка» в горных породах».
Ученые считают, что воздействие спровоцировало сильную сейсмическую волну, распространившуюся по Луне и достигшую ее обратной стороны, что привело к колебаниям горных пород в области с повышенной магнитной интенсивностью. Это на время изменило ориентацию электронов в кристаллических структурах пород. После возвращения электронов к устойчивому состоянию они зафиксировались в направлении усиленного магнитного поля, и именно эти следы сохранились.
Согласно мнению американских физиков, остаточная намагниченность возникла вследствие одновременного увеличения интенсивности магнитного поля и воздействия сейсмических явлений.
Следует учитывать, что исследование проводилось исключительно на основе моделирования, без изучения настоящих образцов горных пород. Таким образом, оно опирается на логическую и математическую последовательность, а не на физические данные, поэтому к его результатам необходимо подходить с определенной долей осторожности.
Моделирование основано на ряде предположений, не получивших подтверждения в реальных условиях. Это относится как к плазменному облаку, которое, по симуляции, «обогнуло Луну», так и к направлению сейсмических волн, предположительно возникших вследствие удара астероида.
Для проверки или опровержения гипотезы необходимо детальное исследование пород, встречающихся в аномальных зонах.
Подобные научные работы могли бы выполнить члены экипажа миссии NASA «Артемида», запланированной для посадки в окрестностях южного полюса.
Ранее Naked Science писал о мультиимпактной гипотезе образования Луны Николая Горькавого. По ней около 90 процентов лунных пород — выбитые обломки земных пород, то есть они сформировались при магнитном поле по силе равном земному, что и наблюдают в некоторых образцах лунного грунта, доставленных на Землю «Аполлонами». В таком сценарии следы сильного древнего магнитного поля в лунных породах объясняются сами собой, без привлечения дополнительных предположений о плазменном усилении.
Выводы Оран и Вайса опубликованы в журнале Science Advances.