Есть ли магнитные полюса на луне. Имеет ли луна магнитное поле

Несколько миллиардов лет назад Луна обладала примерно таким же сильным магнитным полем, как и Земля, хотя напряженность его была примерно в 30 раз меньше. Магнитное поле Земли и некоторых других планет выполняет защитную функцию, отклоняя большую часть солнечного ветра, разрушающего озоновый слой.

Магнитное поле Земли генерируется движением частиц жидкого ядра. Ядро Луны имеет несколько другое строение и оно гораздо меньше по размеру. Но ученые высказали предположение и почти доказали то, что много лет назад внутри Луны было именно такое ядро. Оно и создавало мощное магнитное поле. Наличие намагниченности вокруг Луны опровергает теорию о том, что данная планета является огромным каменным образованием и не может иметь собственного ядра. Заглянуть в лунные недра и хорошо изучить строение не представляется возможным, но по определенным косвенным признакам это сделать можно.

Вторая гипотеза заключалась в том, что намагниченность вызвана не небольшим металлическим ядром Луны, а толстым слоем расплавленной (жидкой) породы, находящейся поверх него.

Магнитное поле современной Луны

На самом деле магнитное поле современной планеты Луна состоит из постоянных и переменных потоков. Постоянные поля создают намагниченные породы поверхности. Они очень быстро меняются от одной точки к другой. В недрах Луны возникают переменные поля.

Магнитное поле Луны в настоящее время очень слабое. Напряженность его составляет примерно 0,5 гамм. Специалисты разъясняют, что это примерно 0,1 % от напряженности земного поля. Электрическое поле вблизи Луны не измерялось, но были проведены исследования и ученые выяснили, что оно есть и из-за значительного приливного воздействия со стороны Земли внутри Луны должно произойти сильное перераспределение электрических зарядов.

Расплавленное ядро Луны в представлении художника

Hernán Cañellas

Лунное магнитное поле исчезло на миллиард лет позже, чем считалось ранее - сообщают американские планетологи в статье, опубликованной в журнале Science Advances . Ученые заявляют, что оно могло существовать еще 2,5 миллиарда лет назад. К такому выводу исследователи пришли, изучив образец лунных пород, полученный миссией «Аполлон-15» в 1971 году.

Сегодня у Луны нет глобального магнитного поля, однако так было не всегда. Считается, что в промежутке между 4,25 и 3,56 миллиардов лет назад, лунное магнитное поле было похоже на Земное. По мнению ученых, оно создавалось бурным движением жидкостей внутри расплавленного ядра спутника - это называется магнитным динамо. Однако до сих пор было неизвестно, когда именно лунное магнитное поле исчезло: в предыдущих работах планетологи не могли четко сказать, пропало ли оно совсем 3,19 миллиарда лет назад, или продолжало существовать, просто в более слабой форме.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Массачусетского технологического института провели анализ фрагмента лунных пород. Образец, представляющий собой брекчию преимущественно из расплавленного стекла и обломков базальта, был взят из кратера Дюна в районе Моря Дождей. Согласно анализу соотношения изотопов аргона, частицы базальта сформировались из потоков лавы примерно 3,3 миллиарда лет назад. Стеклянная матрица, связывающая фрагменты воедино, вероятно образовалась после падения на Луну метеорита примерно 1 - 2,5 миллиарда лет назад.

Однако что более важно, во время падения расплавились частицы железа внутри базальта - металл потерял свою исходную намагниченность. По мере остывания стекла железо остыло, обретя намагниченность по направлению магнитного поля Луны, подобно стрелке компаса, сохранив таким образом следы его влияния.

Планетологи исследовали 20 взаимно ориентированных металлических зерен, находившихся в образцах, которые доставили астронавты лунной миссии «Аполлон-15». Сначала ученые, используя высокочувствительный магнитометр, измерили природные магнитные свойства образцов. Важно заметить, что за 45 лет хранения на Земле, зерна частично изменили свою намагниченность под действием земного магнитного поля. Однако авторам удалось по косвенным признакам установить, что и до доставки на Землю зерна железа были намагничены в одну сторону. Затем в лабораторной печи, где было снижено содержание кислорода, ученые нагрели образцы до высоких температур (от 600 до 780 градусов Цельсия), параллельно подвергнув их воздействию магнитного поля с известной индукцией. Исследователи измеряли, как будет меняться намагниченность пород по мере увеличения окружающей температуры.

«Вы видите, как [образец] намагничивается при нагреве в магнитном поле с известной силой, а затем вы сравниваете это магнитное поле с природным магнитным полем, измеренным ранее, и благодаря этому вы можете узнать, каким магнитное поле было в древности», - комментирует один из авторов работы, Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss).

Эксперимент показал, что 1 - 2,5 миллиарда лет назад Луна обладала магнитным полем с индукцией 5 микротесла. Это примерно на два порядка слабее, чем 3 - 4 миллиарда лет назад. Такая огромная разница, по мнению исследователей, может указывать, что за лунное динамо отвечало два разных механизма. В частности, авторы работы предполагают, что до 3,56 миллиарда лет назад магнитное динамо создавала орбитальная прецессия Луны, которая находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Затем, когда спутник отдалился от нас, вероятно в силу вступил другой процесс, который поддерживал слабое магнитное поле еще, около миллиарда лет. Исследователи предполагают, что это была термохимическая конвекция. Затем, когда ядро постепенно остыло, магнитное динамо угасло.

Сейчас исследователи планируют изучить более молодые образцы лунных пород, чтобы выяснить, когда лунное магнитное поле исчезло окончательно.

Недавно ученые подтвердили, существование магнитного поля для возникновения жизни на планете. Именно оно спасло атмосферу Земли от молодого Солнца. Кроме того, отсутствие магнитного поля считается одной из причин, по которой Марс свою газовую оболочку.

Кристина Уласович

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряженных частиц и излучения, которые приходят к нам от Солнца. Этот щит создается стремительным движением огромного количества расплавленного железа во внешнем ядре Земли (геодинамо). Для того, чтобы магнитное поле сохранилось до наших дней, в классической модели предусматривается охлаждение ядра на 3000 градусов по Цельсию в течение последних 4,3 миллиардов лет.

Однако, группа исследователей из Национального центра научных исследований Франции и Университета Блеза Паскаля сообщили, что температура ядра упала всего на 300 градусов. Действие Луны, игнорирующееся ранее, компенсировало разницу температур и поддерживало геодинамо. Работа опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли породила парадокс. Для того, чтобы геодинамо работало, Земля должна была быть полностью расплавленной 4 миллиарда лет назад, а ее ядро должно было медленно охладится от 6800 градусов в тот момент до 3800 градусов сегодня. Но недавнее моделирование ранней эволюции внутренней температуры планеты вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов не поддерживают такого охлаждения. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка приплюснутую форму и наклонную ось вращения, которая качается вокруг полюсов. Ее мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может постоянно стимулировать движение расплавленного железа во внешнем ядре, что в свою очередь генерирует магнитное поле Земли.

Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг совей оси, ни направление оси, ни орбита Луны не регулярны, их совокупный эффект является неустойчивым и может вызывать колебания в геодинамо. Этот процесс может объяснить некоторые тепловые импульсы во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли.

Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.

В то же время высказываются предположения, что Луна причастна к перемешиванию ядра Земли. Луна может быть причастна к перемешиванию земного ядра. К такому выводу после исследований пришли французские ученые, о чем говорится на страницах издания Earth and Planetary Science Letters.

Как сообщают французские планетологи и геофизики, Луна может перемешивать ядро Земли с помощью приливных сил, поддерживая таким образом геомагнитное поле. Как известно, магнитное поле защищает планету от заряженных космических частиц, но столь продолжительный период оно не удерживалось бы только благодаря Земле.

Есть версия, что Луна способствует перемешиванию жидкого внешнего ядра из железа и никеля, что не дает остыть этим элементам и позволяет им продолжать свою деятельность. Как считалось ранее, работа геомагнитного поля обеспечивается вращением Земли, а также разницей температур между внутренними и внешними слоями.

Ученые подсчитали, что внешние ядра должны были остыть на 5,4 тысяч градусов за 4,3 миллиарда лет, но в итоге охладились всего лишь на несколько сотен градусов. Это говорит о том, что на механизм магнитного поля Земли действует еще и внешний механизм. Им могут выступать приливные силы, которые возникают из-за гравитационного поля Луны.

Той энергии, которую Земля получает за счет приливных сил, должно хватить на корректную работу магнитного поля планеты.

Недавно выяснилось, что Луна тоже обладает магнитными свойствами. Данные, полученные с автоматических зондов, рассказали ученым о том, что солнечный ветер обтекает Луну и взаимодействует с ней совершенно не так, как с Землей, потому что она, в отличие от нашей планеты, не имеет собственного магнитного поля. Но это ее совсем не останавливает…

Вокруг Земли поток солнечного ветра формирует магнитосферу - полость в форме огромной вытянутой капли, внутри которой проявляет себя геомагнитное поле. Головная часть всегда обращена к Солнцу, откуда набегает солнечный ветер, расстояние до ее границы 10-12 радиусов Земли, то есть порядка 70 тысяч километров. На ночной стороне Земли в антисолнечном направлении вытянут более чем на 200 земных радиусов длинный хвост магнитосферы, его протяженность более миллиона километров. И эта магнитосфера вместе с Землей летит по орбите, облекая Землю и защищая планету от губительных коротковолновых излучений.

Но это все магнитная оболочка Земли. А как обстоят дела со спутником нашей планеты? Достоверные экспериментальные сведения о магнитном поле Луны впервые были получены российскими учеными из Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской АН, когда в 1959 году стартовал первый удачный полет космического аппарата с Земли на Луну. Об этом нужно рассказать особо, поскольку эта космическая миссия впервые была оснащена научными приборами, которые телеметрически передавали научные данные в ЦУП во время полета от Земли к Луне, ибо судьба миссии была краткой - долететь до Луны и разбиться в жестком прилунении…

12 сентября 1959 года был осуществлен пуск ракеты-носителя Восток-Л, которая вывела на траекторию полета к Луне автоматическую межпланентную станцию (АМС) "Луна-2". АМС не имела собственной двигательной установки и просто разбилась 14 сентября 1959 года, впервые в мире достигнув поверхности Луны в районе Моря Ясности вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик. На поверхность Луны был доставлен вымпел с изображением герба Союза Советских Социалистических Республик! Дубликат вымпела Н. С. Хрущев вручил в качестве сувенира американскому президенту г-ну Эйзенхауэру во время поездки в США.

С точки зрения научных достижений это был первый удачный эксперимент. На АМС Луна-2 было установлено научное оборудование: сцинтилляционные счетчики , счетчики Гейгера, магнитометры, а также детекторы микрометеоритов. За магнитометры отвечал сотрудник ИЗМИРАН, руководитель лаборатории С. Ш. Долгинов - специалист по магнетизму планет. Телеметрические сигналы приборов были приняты успешно, однако сигналы магнитометров не показывали величины магнитного поля Луны! Эксперимент по измерению магнетизма Луны был проведен, и нужно было иметь уверенность в своих приборах и незаурядную смелость, чтобы сразу высказать свою точку зрения, как это сделал С. Ш. Долгинов. Он сказал, что у Луны нет собственного магнитного поля дипольной конфигурации! Результаты были опубликованы в российской научной печати. Так совершилось это первое открытие, определившее Луну как немагнитное космическое тело!

Прошли годы с тех первых шагов в космос. Теперь космические миссии множественны и разнообразны, в том числе по измерению магнитных полей в солнечном ветре и магнитосфере, на астероидах и других планетах. И сейчас можно изучить и обнаружить куда более тонкие эффекты и взаимодействия.

И вот недавно выяснилось, что не имеющая собственного магнитного поля Луна тем не менее влияет на магнитные поля в солнечном ветре, причем эти изменения выявляются в десятках тысячах километров от лунной поверхности. Это связано с особенностями обтекания Луны непрерывным потоком плазмы, несущейся прямо от Солнца, который очень изменчив, его параметры быстро варьируются. Меняется скорость и плотность частиц в набегающей плазме, а также межпланетное магнитное поле, несомое солнечным ветром, изменяющееся в пределах от единиц до десятков нТл.

Но почему же это все происходит, ведь у Луны нет магнитосферы из-за отсутствия собственного магнитного поля? Дело вот в чем: поток плазмы солнечного ветра беспрепятственно достигает поверхности спутника на освещенной стороне Луны. Но сам он, тем не менее, несет межпланетное магнитное поле от Солнца и является проводящей средой, структура и поведение которой при обтекании Луны оказалось намного сложнее, чем предполагали исследователи NASA, о чем сообщается в недавнем пресс-релизе.

Даже на расстояниях порядка 10 тысяч километров над поверхностью Луны регистрируются плазменные потоки ионов и электронов, создающие турбулентные возмущения в набегающем потоке солнечного ветра. Меняются параметры плазмы задолго до поверхности Луны. Эти явления турбулентности в солнечном ветре задолго до препятствия выявлены в данных многих космических аппаратов: американского зонда Lunar Prospector , японского спутника Kaguya (SELENE), китайского Chang ′ e-2 , индийского Chandrayaan-1 .

Космический зонд ARTEMIS , помимо изменений плотности и энергии электронов и ионов, зарегистрировал наличие электромагнитных и электростатических волн на еще более значительном расстоянии от Луны в потоке солнечного ветра. Эта область напоминает зону сжатой плазмы при обтекании препятствия, так называемого "форшока". Это явление возникает перед головной ударной волной в земной магнитосфере. Поскольку Луна, как было сказано выше, не имеет магнитосферы, это явление скорее всего надо отнести к особенностям обтекания плазмой препятствий.

Компьютерное моделирование плазменных процессов показало, что непосредственно у поверхности Луны под действием солнечных излучений при набегании плазменного потока возникают изменчивые электрические поля. Оказалось, что они могут ускорять электроны, высвобождаемые из электронных оболочек атомов ультрафиолетовыми лучами Солнца. Потоки ионов формируются из протонов солнечного ветра и испытывают обратное отражение под воздействием слабых магнитных полей остаточного намагничивания, которые сохранились в поверхностных породах спутника Земли в отдельных регионах лунной поверхности. Эти потоки ионов отражаются обратно в космос и напоминают струи фонтанов.

Электромагнитные поля остаточной намагниченности, проявляющиеся на расстояниях всего лишь нескольких метров от поверхности, стимулируют турбулентные возмущения в солнечном ветре за тысячи километров от Луны. Подобные явления могут иметь место в окрестностях иных тел Солнечной системы, у которых нет собственного глобального магнитного поля. Обтекание солнечным ветром таких препятствий выявило много неожиданных плазменных эффектов, требующих дальнейшего исследования.

Эти данные важны для определения безопасности пилотируемых полетов к Луне.

Магнитное поле

Гравитационные эффекты, обусловленные наличием Луны и Солнца, вызывают циклическую деформацию мантии Земли, тем самым раскачивая её ось вращения. Это механическое воздействие, влияет на всю планету в целом и вызывает сильные токи во внешнем ядре, которое состоит из жидкого железа обладающего очень низкой вязкостью. Такие токи достаточны для создания магнитного поля Земли.

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряжённых частиц и излучения, которые порождаются Солнцем. Этот щит формируется благодаря геодинамо, быстрому движению огромных количеств жидкого сплава железа во внешнем ядре Земли. Для поддержания этого магнитного поля до сегодняшнего дня, согласно классической модели, требовалось наличие у Земли ядра, которое охладилось примерно на 3000°С за последние 4,3 млрд. лет.

Теперь же, команда исследователей из CNRS и университета Паскаля заявляет, что температура ядра упала всего на 300°C. Это связано с тем, что до сих пор учёными не учитывалось действие Луны, которая, как полагают, компенсировала эту разницу и поддерживала геодинамо в активном состоянии. Работа исследователей была опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth и Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли имеет парадокс: при работе геодинамо, ядро Земли, полностью расплавленное четыре миллиарда лет назад и имеющее на тот момент температуру около 6800°C на сегодняшний день, должно было бы остыть до 3800°C. Однако последние моделирования ранней эволюции внутренней температуры планеты, вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов, не подтвердили такое охлаждение. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка сплющенную форму и вращается вокруг наклонной оси, которая качается вокруг полюсов. Её мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может непрерывно стимулировать движение жидкого сплава железа, составляющего внешнее ядро, и в свою очередь, генерировать магнитное поле Земли. За счёт передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце Земля непрерывно получает 3700 млрд ватт мощности, из них более 1000 млрд ватт, как полагают исследователи, доступно для создания такого типа движения во внешнем ядре. Этой энергии достаточно для того, чтобы генерировать магнитное поле Земли, тем самым позволяя решить основной парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже задокументировано на примере двух спутников Юпитера: Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг своей оси, ни направление её оси, ни орбита Луны не являются постоянными, их совокупное влияние на движение в ядре является неустойчивым и может вызывать колебания в динамо. Этот процесс может объяснить наличие более тёплых областей во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли. Что в свою очередь могло приводить крупным вулканическим событиям в истории Земли. Новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки простых приливов.