Magnetické pole Měsíce je záhadou, která pronásledovala astrofyziky, protože pokud existuje, pak pro to existují důvody. A jak se ukázalo, magnetické pole Měsíce může být skutečně způsobeno tím, že má k dispozici jádro, které svým složením a vlastnostmi připomíná zemské „srdce“. Když v 60-70 letech Apollos začal dodávat vzorky hornin z Měsíce, vědci byli překvapeni, protože ve stávajících podmínkách slabé gravitace by tyto vzorky měly být poněkud odlišné. Od té doby se ve světě objevily dva protichůdné vědecké názory. Podle prvního se věří, že Měsíc byl vždy takový, jak ho známe, jen díky dopadům těch meteoritů, které na něm zanechaly velké krátery.
A podle druhé teorie se vnější plášť Měsíce vytvořil v důsledku procesů, které se vyskytují pod povrchem Měsíce. Jak se ukázalo, při studiu vzorků přivezených na Zemi z Měsíce před třiceti lety byla většina z nich tvořena samotným Měsícem a nebyly ovlivněny meteority. To znamená, že jeho vznik souvisí s tím, jaké tektonické procesy probíhaly v jádře Měsíce a ve svrchních vrstvách pláště, které časem ztvrdly. Výzkumníkům z Massachusettského technologického institutu se podařilo zjistit, že uvnitř Měsíce je i nyní jádro, které se skládá z roztaveného železa. Stále více studií uvádí, že uvnitř Měsíce může být velké roztavené železné jádro, nebo alespoň na to poukazuje většina výzkumů. Právě k takovému závěru dochází Ian Garrick-Bethell, vedoucí vědeckého týmu.
Asi by stálo za to vysvětlit, proč vědci věnují tolik pozornosti, vědci věnují tolik pozornosti struktuře Měsíce, proč věří, že jádro je něco neuvěřitelného, protože je na Zemi, proč by nemělo být v našem nejbližším satelitu . Ve skutečnosti vědci dlouho věřili, že tento útvar Měsíce patří k nějakému druhu relikvií sluneční soustava. Je to prostě velká kamenná koule, která nemůže mít vlastní jádro. Ale tuto mylnou představu lze snadno vysvětlit, protože ve skutečnosti určit, co je uvnitř Měsíce, není tak jednoduché, protože to není snadný úkol. Do takových hloubek se přece proniknout nedá. Správný předpoklad bylo možné učinit pouze tehdy, když se z povrchu shromáždilo dostatečné množství materiálu a objevily se „pokročilé metody výzkumu“. Na satelitu bylo nyní skutečně shromážděno velké množství faktografického materiálu, což značně usnadňuje pochopení procesů, které na něm probíhají. Nikdo ale nedokáže říci, jak se bude další výzkum vyvíjet – jsou potřeba přesnější údaje týkající se struktury a vývoje geologie a tektoniky Měsíce.
Nedávno bylo zjištěno, že Měsíc má také magnetické vlastnosti. Data získaná z automatických sond vědcům řekla, že sluneční vítr obtéká Měsíc a interaguje s ním úplně jinak než se Zemí, protože na rozdíl od naší planety nemá vlastní magnetické pole. To jí ale vůbec nebrání...
Kolem Země vytváří proudění slunečního větru magnetosféru – dutinu ve tvaru obrovské protáhlé kapky, uvnitř které se projevuje geomagnetické pole. Hlavová část je vždy obrácena ke Slunci, odkud přichází sluneční vítr, vzdálenost k jeho hranici je 10-12 poloměrů Země, tedy asi 70 tisíc kilometrů. Na noční straně Země, v antisolárním směru, se dlouhý ohon magnetosféry rozkládá o více než 200 zemských poloměrů, jeho délka je více než milion kilometrů. A tato magnetosféra létá na oběžné dráze společně se Zemí, obklopuje Zemi a chrání planetu před škodlivým krátkovlnným zářením.
Ale to všechno je magnetický obal Země. A co satelit naší planety? Spolehlivé experimentální informace o magnetickém poli Měsíce poprvé získali ruští vědci z Ústavu zemského magnetismu, ionosféry a šíření rádiových vln Ruské akademie věd, když byl první úspěšný let kosmické lodi ze Země na Měsíc zahájena v roce 1959. O tom je třeba především diskutovat, protože tato vesmírná mise byla poprvé vybavena vědeckými přístroji, které během letu ze Země na Měsíc telemetricky přenášely vědecká data do řídícího centra, protože osud mise byl krátký - letět na Měsíc a havárie při tvrdém přistání...
12. září 1959 odstartovala nosná raketa Vostok-L, která umístila automatickou meziplanetární stanici (AIS) Luna-2 na letovou dráhu k Měsíci. Kosmická loď neměla vlastní pohonný systém a jednoduše havarovala 14. září 1959, kdy poprvé na světě dosáhla povrchu Měsíce v oblasti Mare Serenity poblíž kráterů Aristil, Archimedes a Autolycus. Na povrch Měsíce byla doručena vlajka zobrazující státní znak Svazu sovětských socialistických republik! N. S. Chruščov předal duplikát praporce americkému prezidentovi panu Eisenhowerovi jako suvenýr při jeho cestě do USA.
Z hlediska vědeckých úspěchů se jednalo o první úspěšný experiment. Kosmická loď Luna 2 byla vybavena vědeckým vybavením: scintilační počítače, Geigerovy počítače, magnetometry a detektory mikrometeoritů. Za magnetometry odpovídal pracovník IZMIRAN, vedoucí laboratoře S. Sh Dolginov, specialista na planetární magnetismus. Telemetrické signály z přístrojů byly úspěšně přijaty, ale signály z magnetometrů neukazovaly velikost magnetického pole Měsíce! Byl proveden experiment na měření magnetismu Měsíce a bylo nutné mít důvěru ve své přístroje a mimořádnou odvahu okamžitě vyjádřit svůj názor, jako to udělal S. Sh. Řekl, že Měsíc nemá vlastní magnetické pole v dipólové konfiguraci! Výsledky byly zveřejněny v ruském vědeckém tisku. Tak vznikl tento první objev, který definoval Měsíc jako nemagnetické kosmické těleso!
Od prvních kroků do vesmíru uplynuly roky. Vesmírné mise jsou nyní rozmanité a rozmanité, včetně měření magnetických polí ve slunečním větru a magnetosféře, na asteroidech a dalších planetách. A nyní je možné studovat a objevovat mnohem jemnější efekty a interakce.
A nedávno se ukázalo, že Měsíc, který nemá vlastní magnetické pole, přesto ovlivňuje magnetická pole ve slunečním větru a tyto změny jsou detekovány desítky tisíc kilometrů od měsíčního povrchu. Je to dáno zvláštnostmi proudění kolem Měsíce s nepřetržitým proudem plazmatu řítícím se přímo ze Slunce, který je velmi proměnlivý, jeho parametry se rychle mění. Rychlost a hustota částic v přicházejícím plazmatu se mění, stejně jako meziplanetární magnetické pole přenášené slunečním větrem, v rozmezí jednotek až desítek nT.
Ale proč se to všechno děje, když Měsíc nemá magnetosféru kvůli nedostatku vlastního magnetického pole? Jde o toto: tok plazmy slunečního větru volně dosahuje na povrch satelitu na osvětlené straně Měsíce. Ale ono samo o sobě nese meziplanetární magnetické pole ze Slunce a je vodivým prostředím, jehož struktura a chování při obtékání Měsíce se ukázalo být mnohem složitější, než vědci NASA předpokládali, jak bylo uvedeno v nedávné tiskové zprávě. .
Dokonce i ve vzdálenostech asi 10 tisíc kilometrů nad povrchem Měsíce jsou zaznamenávány plazmové toky iontů a elektronů, což vytváří turbulentní poruchy v nastupujícím proudění slunečního větru. Parametry plazmy se mění dlouho před povrchem Měsíce.
Tyto jevy turbulence ve slunečním větru dávno před překážkou byly identifikovány v datech mnoha kosmických lodí: americké sondy Lunar Prospector, japonského satelitu Kaguya (SELENE), čínského Chang ′ e-2, indického Chandrayaan-1.
Vesmírná sonda ARTEMIS kromě změn hustoty a energie elektronů a iontů detekovala v proudění slunečního větru přítomnost elektromagnetických a elektrostatických vln v ještě větší vzdálenosti od Měsíce. Tato oblast se podobá zóně stlačeného plazmatu při obtékání překážky, tzv. „foreshock“. K tomuto jevu dochází před příďovou rázovou vlnou v zemské magnetosféře. Vzhledem k tomu, že Měsíc, jak bylo zmíněno výše, nemá magnetosféru, měl by být tento jev s největší pravděpodobností přičítán zvláštnostem plazmatu obtékajícího překážky. Počítačové modelování plazmových procesů ukázalo, že přímo v blízkosti povrchu Měsíce pod vlivem slunečního záření, když se proud plazmatu rozběhne, proměnná elektrická pole
Elektromagnetická pole remanentní magnetizace, která se objevují ve vzdálenostech pouhých několika metrů od povrchu, stimulují turbulentní poruchy slunečního větru tisíce kilometrů od Měsíce. Podobné jevy se mohou vyskytovat v blízkosti jiných těles Sluneční soustavy, která nemají vlastní globální magnetické pole. Proudění slunečního větru kolem takových překážek odhalilo mnoho neočekávaných plazmatických efektů, které vyžadují další výzkum.
Tyto údaje jsou důležité pro určení bezpečnosti pilotovaných misí na Měsíc.
Vědci zjistili, že magnetické pole Měsíce existuje o miliardu let déle, než se dříve myslelo. Objev vrhá světlo na jednu z hlavních záhad Měsíce a rozšiřuje hledání obyvatelných světů mimo Zemi.
Dnes Měsíc nemá magnetické pole, ale nebylo tomu tak vždy; Před 4 253,56 miliardami let bylo měsíční magnetické pole stejné jako na Zemi. Pole vzniklo díky kruhovému pohybu kapalin v roztaveném jádru Měsíce – tzv. lunárnímu dynamu.
TuiPhotoEngineer | Shutterstock
Vědci měli dlouho potíže s určením data zániku magnetického pole. Předchozí studie nedokázaly s jistotou říci, zda pole zcela zaniklo před 3,19 miliardami let, nebo zůstalo ve slabší formě.
Aby na tuto otázku odpověděli, rozhodli se vědci studovat vzorky hornin mladší než 3,56 miliardy let, říká Sonia Tiku, planetární vědkyně a spoluautorka studie z Rutgers University (Kanada).
Tiku a její kolegové z University of California v Berkeley (USA) a Massachusetts Institute of Technology (USA) analyzovali kus rock, kterou na Zemi přivezla mise Apollo 15 v roce 1971. Vzorek obsahuje úlomky čediče, které se odlomily z větších balvanů. Datování založené na poměru různých izotopů argonu ukázalo, že čedič vznikl z lávy, která vybuchla před 3,3 miliardami let.
Úlomky čediče jsou spojeny skelným materiálem, který vznikl, když byl minerál roztaven dopadem meteoritu. Vědci se domnívají, že sklovitý materiál vznikl před 12,5 miliardami let. Náraz také roztavil železonosná zrna v čediči. Při rychlém ochlazení znovu krystalizovaly do skelného materiálu a „zaznamenaly“ magnetické pole Měsíce.
Po sérii experimentů při různých teplotách tým zjistil, že zrna vznikla, když měl Měsíc magnetické pole 10krát slabší než pozemské.
Takové pole je 1000krát silnější než to, co naměřili astronauti, a mnohem silnější než pole generované Zemí.
Tiku je přesvědčen, že měsíční dynamo fungovalo ještě před 12,5 miliardami let. Dlouhá existence pole vylučuje možnost, že by dynamo bylo výsledkem silných otřesů, které mohly generovat pouze dočasné magnetické pole. Ale dopady dostatečně silné na to, aby vytvořily i dočasné magnetické pole, skončily před téměř 3,7 miliardami let. S největší pravděpodobností, říká Chiku, hrálo roli více mechanismů.
Silné magnetické pole Měsíce bylo pravděpodobně vytvořeno vlivem zemské gravitace na měsíční plášť a fluktuacemi pláště, které spustily vír v tekutém jádru Měsíce. Jak se však Měsíc vzdaloval od Země, a gravitační přitažlivost zeslabil, začal převládat jiný mechanismus, který produkoval slabší pole.
Existuje možnost, že slabší pole vzniklo, když se jádro Měsíce ochladilo a energie se uvolnila ztuhnutím železa a rozvířením jádra lehčími prvky, jako je uhlík a síra.
Závěry studie jsou důležité, pokud jde o mimozemské světy, které by mohly podporovat život. Malá planetární tělesa nelze vyloučit ze seznamu těch, která mohou mít konstantní magnetická pole důležitým faktorem na přítomnost atmosféry a vody.
Před několika miliardami let měl Měsíc přibližně stejně silné magnetické pole jako Země, i když jeho intenzita byla asi 30krát menší. Magnetické pole Země a některých dalších planet plní ochrannou funkci vychylováním většina z sluneční vítr, který ničí ozónovou vrstvu.
Magnetické pole Země je generováno pohybem částic v kapalném jádru. Jádro Měsíce má trochu jinou strukturu a je mnohem menší. Ale vědci navrhli a téměř dokázali, že před mnoha lety bylo uvnitř Měsíce právě takové jádro. Vytvářelo silné magnetické pole. Přítomnost magnetizace kolem Měsíce vyvrací teorii, že tato planeta je obrovský skalní útvar a nemůže mít vlastní jádro. Není možné nahlédnout do měsíčních hlubin a dobře studovat strukturu, ale na základě určitých nepřímých znamení to lze.
Druhá hypotéza byla, že magnetizaci nezpůsobilo malé kovové jádro Měsíce, ale silná vrstva roztavené (tekuté) horniny, která na něm seděla.
Magnetické pole moderního Měsíce
Ve skutečnosti se magnetické pole moderní planety Měsíc skládá z konstantních a proměnných toků. Konstantní pole vytvářejí zmagnetizované povrchové horniny. Velmi rychle se mění z jednoho bodu do druhého. V hlubinách Měsíce vznikají proměnná pole.
Magnetické pole Měsíce je v současnosti velmi slabé. Jeho napětí je přibližně 0,5 gama. Odborníci vysvětlují, že to je přibližně 0,1 % síly zemského pole. Elektrické pole nebyl měřen v blízkosti Měsíce, ale byly provedeny studie a vědci zjistili, že existuje a vzhledem k výraznému slapovému vlivu ze Země by mělo dojít k silnému přerozdělení elektrických nábojů uvnitř Měsíce.
Magnetické pole Země nás neustále chrání před nabitými částicemi a zářením, které k nám přichází ze Slunce. Tento štít vzniká rychlým pohybem obrovského množství roztaveného železa ve vnějším jádru Země (geodynamo). Aby magnetické pole přežilo dodnes, klasický model počítá s ochlazením jádra o 3000 stupňů Celsia za posledních 4,3 miliardy let.
Tým výzkumníků z Francouzského národního centra pro vědecký výzkum a Blaise Pascal University však uvedl, že teplota jádra klesla pouze o 300 stupňů. Dříve ignorované působení Měsíce kompenzovalo teplotní rozdíl a udržovalo geodynamo. Práce byla publikována 30. března 2016 v časopise Earth and Planetary Science Letters.
Klasický model vzniku magnetického pole Země dal vzniknout paradoxu. Aby geodynamo fungovalo, musela být Země před 4 miliardami let úplně roztavená a její jádro se muselo pomalu ochlazovat z tehdejších 6800 stupňů na dnešních 3800 stupňů. Nedávné modelování raného vývoje vnitřní teploty planety ve spojení s geochemickými studiemi složení nejstarších karbonátů a bazaltů však takové ochlazení nepodporuje. Vědci tedy naznačují, že geodynamo má jiný zdroj energie.
Země má mírně zploštělý tvar a nakloněnou osu rotace, která se otáčí kolem pólů. Jeho plášť je pružně deformován v důsledku slapových účinků způsobených Měsícem. Vědci prokázali, že tento efekt může nepřetržitě stimulovat pohyb roztaveného železa ve vnějším jádru, což zase generuje magnetické pole Země.
Naše planeta nepřetržitě přijímá 3 700 miliard wattů energie prostřednictvím přenosu gravitační energie rotace systému Země-Měsíc-Slunce a podle vědců má geodynamo k dispozici více než 1000 miliard wattů. Tato energie stačí k vytvoření magnetického pole Země a spolu s Měsícem to vysvětluje hlavní paradox klasické teorie. Vliv gravitačních sil na magnetické pole planety je již dlouho potvrzen na příkladu Jupiterových satelitů Io a Europa a také u řady exoplanet.
Vzhledem k tomu, že ani rotace Země na své ose, ani směr osy, ani oběžná dráha Měsíce nejsou pravidelné, je jejich kombinovaný účinek nestabilní a může způsobit oscilace v geodynamu. Tento proces může vysvětlit některé tepelné pulsy ve vnějším jádru a na jeho hranici se zemským pláštěm.
Nový model tedy ukazuje, že vliv Měsíce na Zemi daleko přesahuje příliv a odliv.
Zároveň se objevují návrhy, že se Měsíc podílí na míchání zemského jádra. Měsíc se může podílet na míchání zemského jádra. Po výzkumu dospěli francouzští vědci k tomuto závěru, jak je uvedeno na stránkách Earth and Planetary Science Letters.
Podle francouzských planetárních vědců a geofyziků dokáže Měsíc pomocí slapových sil promíchat zemské jádro a zachovat tak geomagnetické pole. Magnetické pole, jak známo, chrání planetu před nabitými kosmickými částicemi, ale jen díky Zemi by se tak dlouhou dobu neudrželo.
Existuje verze, že Měsíc pomáhá smíchat tekuté vnější jádro ze železa a niklu, což těmto prvkům brání v ochlazení a umožňuje jim pokračovat ve své činnosti. Jak se dříve myslelo, fungování geomagnetického pole zajišťuje rotace Země a také teplotní rozdíl mezi vnitřní a vnější vrstvou.
Vědci spočítali, že vnější jádra měla během 4,3 miliardy let ochladit o 5,4 tisíce stupňů, ale nakonec se ochladila jen o pár set stupňů. To naznačuje, že mechanismus magnetického pole Země je také ovlivněn vnějším mechanismem. Mohou to být slapové síly, které vznikají vlivem gravitačního pole Měsíce.
Energie, kterou Země přijímá díky slapovým silám, by měla stačit pro správnou funkci magnetického pole planety.