Загадка лунного магнетизма «остается нераскрытой»: обнаруженный материал на обратной стороне Луны поставил ученых в тупик

Ученые MIT, пытающиеся разгадать загадку наличия высокомагнитного материала на обратной стороне Луны, обнаружили новые ключи, которые вскоре могут помочь решить эту тайну.

Согласно новому исследованию, команда полагает, что мощный удар по видимой с Земли стороне Луны вызвал плазменное облако в атмосфере и связанную с ним ударную волну, которая намагнитила некоторые поверхностные породы на обратной стороне.

Прямой забор образцов высокомагнитных лунных пород для подтверждения гипотезы может быть осуществим, поскольку многие подходящие цели расположены в районе южного полюса Луны, где NASA планирует миссию «Артемида».

«Значительная часть лунного магнетизма до сих пор не объяснена», — пояснил Исаак Нарретт, аспирант кафедры Земли, атмосферы и планетарных наук MIT (EAPS) и ведущий автор исследования. «Но большинство сильных магнитных полей, измеренных орбитальными аппаратами, можно объяснить этим процессом, особенно на обратной стороне Луны».

Высокомагнитный материал на обратной стороне Луны остается загадкой

Большинство ученых считают, что магнитное поле Земли генерируется вращающимся ядром из расплавленной лавы, создающим эффект электрического «динамо». Сегодня у Луны нет глобального магнитного поля и активного динамо, хотя ученые полагают, что в далеком прошлом у нее было расплавленное вращающееся ядро, создававшее магнитное поле.

Когда астронавты программы «Аполлон» доставили на Землю образцы лунных пород в 1960-х и 1970-х годах, анализ показал следы сильного магнитного поля в прошлом Луны. Несколько орбитальных аппаратов также обнаружили признаки магнетизма на ее поверхности, что, казалось, подтверждало теорию древнего магнитного поля.

Однако те же орбитальные данные поставили перед исследователями новую загадку: некоторые поверхностные материалы на обратной стороне Луны оказались высокомагнитными. Хотя древнее магнитное поле могло бы частично объяснить этот феномен, высокая интенсивность и локальная концентрация магнетизма на обратной стороне озадачили ученых.

По словам авторов исследования, предыдущие попытки связать «недостающий магнетизм» с последствиями мощного лунного удара и слабым магнитным полем Солнца не смогли объяснить аномально высокую намагниченность.

Команда MIT предложила новую теорию, объясняющую противоречивые данные. Согласно их моделированию, мощный удар, вызвавший сейсмическую ударную волну и плазменный шлейф по всей Луне, в сочетании с гипотетическим древним магнитным полем (когда-то создаваемым вращающимся расплавленным ядром), мог привести к намагничиванию некоторых пород на обратной стороне.

Моделирование подтверждает новую теорию

Сначала команда MIT оценила размер древнего вращающегося ядра Луны, что позволило определить предполагаемую силу поля — около одного микротесла, что в 50 раз слабее современного магнитного поля Земли.

Затем исследователи использовали симуляции, разработанные участницей команды Катариной Милиович, чтобы протестировать различные сценарии ударов по поверхности Луны, достаточно мощных для образования бассейна Море Дождей. Этот кратер был выбран потому, что он является одним из крупнейших на видимой стороне Луны, и ученые предполагают, что сила удара могла повлиять на магнитные аномалии на обратной стороне.

После моделирования удара команда смоделировала размер и форму гигантского плазменного облака, которое могло образоваться при таком столкновении. Эти результаты были проанализированы с использованием адаптированного кода, разработанного сотрудниками Мичиганского университета, который показал, как плазменное облако из испаренного лунного материала могло взаимодействовать со слабым магнитным полем Луны.

Хотя моделирование показало, что часть облака плазмы расширялась в космос из-за практически отсутствующей атмосферы Луны (формально называемой экзосферой), подавляющая его часть обтекала естественный спутник, пока не сконцентрировалась на обратной стороне Луны — как раз там, где изначально были обнаружены высокомагнитные материалы.

Данные симуляции также показали, как сжатая плазма на короткое время (около 40 минут) усиливала теоретическое магнитное поле Луны, прежде чем оно вернулось к исходному уровню. Хотя моделирование подтвердило, что возникший всплеск был недостаточно сильным, чтобы объяснить загадочный магнетизм, исследователи добавили ещё одну переменную, чтобы «встряхнуть» результаты.

Анализируя данные моделирования, команда учёных обнаружила, что мощный удар, способный создать движущийся плазменный шлейф, также вызвал бы огромную ударную волну. По словам исследователей, эта волна, пройдя через Луну как сейсмический толчок, вызвала бы «дрожание» поверхностного материала, включая породы на обратной стороне Луны. Это дрожание, в свою очередь, привело бы к «возмущению» электронов внутри пород.

Поскольку электроны естественным образом ориентируют свои спины вдоль внешнего магнитного поля, после стабилизации их ориентация изменилась бы в соответствии с кратковременным взаимодействием с этим полем.

«Это как если бы вы подбросили в воздух колоду из 52 карт в магнитном поле, где каждая карта — это компасная стрелка», — объяснил Вайс. — «Когда карты снова упадут на землю, они окажутся в новой ориентации. По сути, это и есть процесс намагничивания».

Для подтверждения новой гипотезы потребуются прямые измерения лунных пород, взятых из разных регионов Луны. К счастью, место посадки будущей миссии NASA «Артемида» находится очень близко к зоне аномально магнитных пород у южного полюса Луны. В конечном счёте, исследовательская группа считает, что их работа предлагает наиболее правдоподобное объяснение лунного магнетизма — и способ его проверить.

«Десятилетиями существовала загадка: лунный магнетизм — результат ударов или действия динамо-эффекта?» — говорит Рона Оран, исследователь MIT и участник команды. — «А мы говорим: и то, и другое. И это проверяемая гипотеза, что очень удобно».