Že od dobe Apolla so znanstveniki vedeli, da je Luna v preteklosti imela nekakšno magnetno polje, zdaj pa ga nima. Razumevanje zakaj je pomembno, saj nam lahko pove, kako nastanejo magnetna polja, kako dolgo trajajo in kako se izklopijo. Nove študije lunarnih vzorcev Apollo odgovarjajo na nekatera od teh vprašanj, ustvarjajo pa tudi veliko več vprašanj, na katera je treba odgovoriti.
Lunini vzorci, ki so jih vrnile misije Apollo, kažejo dokaze magnetizacije. Kamnine so magnetizirane, ko se segrejejo in nato ohladijo v magnetnem polju. Ko se ohladijo pod Curiejevo temperaturo (približno 800 stopinj C, odvisno od materiala), se kovinski delci v kamnini poravnajo vzdolž magnetnih polj okolice in v tem položaju zamrznejo, kar povzroči preostalo magnetizacijo.
To magnetizacijo lahko izmerimo tudi iz vesolja. Študije satelitov v orbiti kažejo, da Lunina magnetizacija sega precej čez območja, ki so jih vzorčili astronavti Apollo. Vsa ta magnetizacija pomeni, da je morala Luna imeti magnetno polje v neki točki v svoji zgodnji zgodovini.
Večino magnetnih polj, ki jih poznamo v Osončju, ustvarja dinamo. V bistvu to vključuje konvekcijo v kovinskem tekočem jedru, ki učinkovito premika elektrone kovinskih atomov in ustvarja električni tok. Ta tok nato inducira magnetno polje. Sama konvekcija naj bi poganjala hlajenje. Ko se zunanje jedro ohladi, se hladnejši deli potopijo v notranjost in pustijo, da se toplejši notranji deli premaknejo navzven proti zunanjosti.
Ker je Luna tako majhna, naj bi se magnetni dinamo, ki ga poganja konvektivno hlajenje, ugasnil pred približno 4,2 milijarde let. Torej bi dokaz magnetizacije po tem času potreboval bodisi 1) vir energije, ki ni hlajenje, da bi poganjal gibanje tekočega jedra, ali 2) popolnoma drugačen mehanizem za ustvarjanje magnetnih polj.
Laboratorijski poskusi so predlagali eno takšno alternativno metodo. Veliki udarci, ki tvorijo bazen, bi lahko povzročili kratkotrajna magnetna polja na Luni, ki bi bila zabeležena v vročih materialih, izvrženih med udarcem. Dejansko se nekatera opazovanja magnetizacije nahajajo na nasprotni strani Lune (antipod) od velikih bazenov.
Torej, kako lahko ugotovite, ali je magnetizacijo v kamnini oblikoval jedrni dinamo ali udarni dogodek? No, magnetna polja, ki jih povzroči udarec, trajajo le približno 1 dan. Če bi se skala zelo počasi ohlajala, ne bi zabeležila tako kratkotrajnega magnetnega polja, zato je moral biti morebitni magnetizem, ki ga obdrži, proizveden z dinamom. Tudi kamnine, ki so bile vpletene v udarce, kažejo znake šoka v svojih mineralih.
En vzorec lune, številka 76535, ki kaže dokaze počasnega hlajenja in brez udarnih učinkov, ima izrazito magnetizacijo ostankov. To skupaj s starostjo vzorca kaže na to, da je imela Luna pred 4,2 milijarde let tekoče jedro in magnetno polje, ki ga je ustvaril dinamo. Takšen jedrni dinamo je skladen s konvektivnim hlajenjem. Toda kaj, če obstajajo mlajši vzorci?
Nove študije, ki so jih Erin Shea in njeni sodelavci nedavno objavili v Science, kažejo, da je to morda res. Gospa Shea, podiplomska študentka na MIT, in njena ekipa so preučevali vzorec 10020, 3,7 milijarde let star kobilni bazalt, ki so ga vrnili astronavti Apolla 11. Dokazali so, da vzorec 10020 ne kaže znakov šoka v svojih mineralih. Ocenili so, da je vzorec potreboval več kot 12 dni, da se ohladi, kar je veliko počasneje od življenjske dobe magnetnega polja, ki ga povzroča udarec. In ugotovili so, da je vzorec zelo močno magnetiziran.
Shea in njeni sodelavci iz svojih študij sklepajo, da je imela Luna pred približno 3,7 milijarde let močan magnetni dinamo in zato premikajoče se kovinsko jedro. To je veliko po času, ko bi se konvektivni hladilni dinamo ugasnil. Ni pa jasno, ali je bil dinamo neprekinjeno aktiven že pred 4,2 milijarde let, ali pa je bil mehanizem, ki je premikal tekoče jedro, enak pri 4,2 in 3,8 milijarde let. Torej, kateri drugi načini za ohranjanje gibanja tekočega jedra?
Nedavne študije skupine francoskih in belgijskih znanstvenikov, ki jih vodi dr. Le Bars, kažejo, da lahko veliki udarci odklenejo Luno od njene sinhrone rotacije z Zemljo. To bi ustvarilo plimovanje v tekočem jedru, podobno kot zemeljski oceani. Te plime jedra bi povzročile znatna izkrivljanja na meji jedro-plašč, kar bi lahko povzročilo obsežne tokove v jedru in ustvarilo dinamo.
V drugi nedavni študiji so dr. Dwyer in sodelavci predlagali, da bi precesija lunine vrtilne osi lahko pretresla tekoče jedro. Zgodnja Lunina bližina Zemlji bi povzročila nihanje Lunine vrtilne osi. Ta precesija bi povzročila različna gibanja v tekočem jedru in prekrivajočem trdnem plašču, kar bi povzročilo dolgotrajno (več kot 1 milijardo let) mehansko mešanje jedra. Dr. Dwyer in njegova ekipa ocenjujeta, da bi se tak dinamo naravno ugasnil pred približno 2,7 milijarde let, ko se je Luna sčasoma oddaljila od Zemlje, kar je zmanjšalo njen gravitacijski vpliv.
Na žalost magnetno polje, ki ga predlaga študija vzorca 10020, ne ustreza nobeni od teh možnosti. Oba modela bi zagotovila magnetna polja, ki so prešibka, da bi povzročila močno magnetizacijo, opaženo v vzorcu 10020. Za razlago teh novih ugotovitev bo treba najti drugo metodo za mobilizacijo tekočega jedra Lune.
Viri:
Dolgoživi dinamo Lunarnega jedra. Shea, et al. Znanost 27, januar 2012, 453-456. doi:10.1126/science.1215359 .
Dolgoživi lunin dinamo, ki ga poganja neprekinjeno mehansko mešanje. Le Bars et al. Narava 479, november 2011, 212-214. doi: 10.1038/nature10564 .
Udarni dinamo za zgodnjo Luno. Dwyer et al. Narava 479, november 2011, 215-218. doi: 10.1038/nature10565 .
