Проклята гравітація, або Як Земля породила і вбила потужне магнітне поле Місяця

Сьогодні на Місяці дуже складно визначити сторони світу, адже звичайний компас там не працює через відсутність магнітних полів. Виявляється, так було не завжди, і раніше Земля забезпечувала Місяць найпотужнішими магнітними силами, передають Патріоти України з посиланням на НВ.

"Що ми знаємо про Місяць, крім того, що це твердий кам'янистий супутник Землі? Так, ймовірно, Місяць є частиною Землі, оскільки він сформувався через зіткнення нашої планети з іншою планетою. І, так, Місяць допомагає земній осі перебувати в стабільному стані та захищає нас від ударів метеоритів.

Але, фактично, Місяць — це неактивний, можна навіть сказати «мертвий», об'єкт, який не має власної атмосфери і зовсім не схожий на Землю. Хоча, нещодавнє виявлення води на полюсах Місяця стало справжнім відкриттям для астрономів.

Нове дослідження вчених із США свідчить, що кілька мільярдів років тому в Місяця було набагато більше спільного з Землею: крім того, що наша планета була розташована набагато ближче до свого природного супутника, Земля допомагала Місяцю підтримувати дуже потужне магнітне поле.

Ознаки магнітної активності на Місяці знайшли завдяки екземплярам місячної породи, яку астронавти місій NASA Аполлон привезли на Землю 50 років тому.

НВ розбиралося, як у Місяця могло утворитися магнітне поле вдвічі потужніше, ніж у Землі, і чому воно зникло близько мільярда років тому.

Що дізналися американські вчені?

Днями представники Массачусетського технологічного інституту опублікували дослідження, згідно з яким більшу частину існування Місяця у нього було власне магнітне поле завдяки гравітаційному впливу Землі.

Вчені проаналізували зразки місячної породи, які астронавти NASA привезли на Землю в рамках місій Аполлон, і виявили, що в найстаріших каменях, віком близько 4 млрд років, показники індукції магнітного поля складають приблизно 100 мікротесел. До порівняння, аналогічну силу магнітного поля Землі оцінюють всього в 50 мікротесел.

При цьому, в місячних каменях, яким було 2,5 млрд років, цей показник склав 10 мікротесел. А в «наймолодшій» місячній породі, віком в 1 млрд років, зафіксували лише 0,1 мікротесел. Це може підтвердити, що магнітне поле на Місяці зникло відносно нещодавно, а раніше воно було набагато потужнішим, ніж на нашій планеті.

Автори дослідження називають привезені місячні камені «маленькими компасами», оскільки завдяки аналізу стану електронів усередині них вчені змогли визначити, які напрямок і сила були у магнітного поля Місяця в різні періоди його розвитку.

Щоправда, експертам потрібно було перевірити, наскільки точними є ці «компаси», адже після частих зіткнень Місяця з іншими об'єктами камені могли дуже сильно нагріватися і спотворювати реальні дані про магнітні сили. Для цього керівники експерименту нагріли місячну породу до високих температур і піддали її дії штучного магнітного поля в лабораторних умовах.

Виявилося, що показник індукції в каменях все одно становив 0,1 мікротесел, як і мільярд років тому. Це означає, що привезена порода є досить надійним джерелом інформації про вплив магнітних сил на молодому Місяці.

Як з'явилося магнітне поле на Місяці і чому воно зникло?

Складніше було визначити причини появи таких потужних магнітних сил на природному супутнику Землі, і, тим більше, дізнатися, чому раптом вони сильно послабилася за відносно короткий період.

Відомо, що магнітне поле нашої планети з'явилося завдяки так званому ефекту магнітного динамо, — теплопередачі в рідких металах внутрішнього ядра на глибині близько 2900 км під поверхнею Землі. Електрично заряджена рідина (суміш розплавленого заліза і нікелю) поступово рухається, створюючи магнітні сили на поверхні нашої планети.

Вчені припускають, що сильне магнітне поле Місяця близько 4 млрд років тому було викликано аналогічним ефектом, — тоді внутрішнє ядро нашого супутника також було рідким і активним.

Як не дивно, ця активність була викликана гравітаційним впливом Землі: оскільки Місяць був розташований набагато ближче до нас, сильна гравітація Землі призводила до руху і нагрівання рідини в ядрі Місяця з подальшою генерацією потужного магнітного поля. Автори роботи називають цей процес місячною прецессією, і таке ж явище лежить в основі роботи гіроскопічних пристроїв.

Згодом Місяць віддалявся від Землі і гравітація нашої планети впливала на супутник менше, через що активність місячного ядра припинилася і воно поступово кристалізувалося в твердий кам'янистий об'єкт, яким ми знаємо його сьогодні. Цей процес почався приблизно 2,5 млрд років тому, після чого сила магнітного поля Місяця знизилася до 0,1 мікротесел, що можна порівняти з його повною відсутністю.

«Магнітне поле — це та розмита річ, яка пронизує простір, як невидиме силове поле. Ми показали, що ефект магнітного динамо, який відповідав за магнітне поле Місяця, припинився десь між 1,5 і 1 млрд років тому і, схоже, діяв, як і на Землі», — говорить керівник дослідження професор Бенджамін Вайсс.

Вчені довели, що магнітне поле — це надзвичайно мінлива сила, і на прикладі Місяця можна спостерігати, як його вплив знизився в 1000 разів (від 100 до 0,1 мікротесел) лише за 2,5 млрд років.

Схоже, до речі, відбувається і з магнітним полем Землі, адже за 4,5 млрд років існування нашої планети північний і південний магнітні полюси сотні разів слабшали, посилювалися і навіть мінялися місцями. Чергове послаблення магнітного поля вже на підході і воно не обіцяє нічого хорошого для всього живого на Землі.

Що не так з магнітним полем Землі?

Раніше НВ писало, що експерти з Британської геологічної служби та Національних центрів екологічної інформації США засікли рекордне переміщення північного магнітного полюса на 50 км в бік Сибіру лише за один рік. Це стало першим в історії випадком, коли магнітний полюс перетнув меридіан, і розташувався на рекордній близькості до географічного полюса, — на відстані всього в три градуси або близько 390 км.

З середини XVII століття до 1990-х північний магнітний полюс був розташований в різних точках канадської Арктики, але останні 30 років він почав дуже швидко дрейфувати і значно зрушив в бік російського Сибіру. Зміни в магнітному полі Землі викликані рухом того самого розплавленого заліза в ядрі планети.

Поки зміни магнітного поля Землі створюють незручності тільки для систем навігації: через різку зміну північного магнітного полюса всі організації, які користуються системами навігації на основі магнітних компасів, повинні будуть відкоригувати роботу своїх пристроїв.

До цього числа входять аерокосмічні адміністрації на кшталт NASA, авіаційні управління, міністерства оборони різних держав і навіть Google і Apple, — протягом кількох місяців вони повинні будуть змінити програмне забезпечення своїх пристроїв, щоб карти і фірмові програми з компасами працювали більш точно, з огляду на нове положення північного магнітного полюса.

Зсув магнітних полюсів також є передвісником більш грандіозної події — послаблення магнітного поля Землі та повної інверсії магнітних полюсів. Вчені вважають, що магнітні полюси Землі міняються місцями кожні 500 тис. років, хоча остання зміна сталося майже 800 тис. років тому.

Оскільки у дослідників немає обладнання, яке дозволило б проаналізувати процеси на глибині в тисячу кілометрів під поверхнею Землі, ми досі не знаємо, чому і як саме відбуваються зміни в магнітному полі, так само як і не можемо визначити точну дату наступного послаблення магнітосфери.

Зараз магнітне поле Землі слабшає в середньому на 5% кожні 100 років, і коли воно остаточно зникне має минути від 5000 до 10 тис. років для повного відновлення магнітних полюсів в протилежному положенні.

Цей період і буде найнебезпечнішим для всього живого на нашій планеті: через те, що Земля виявиться без захисного магнітного шару, дії зовнішніх космічних сил, включаючи сонячну радіацію, будуть набагато більш руйнівними. Крім негативного впливу палючого Сонця на живі організми, екосистема планети може сильно порушитися, адже багато тварин використовують магнітне поле для орієнтації в просторі.

Як би там не було, цей жорстокий процес є природним і для інших планет Сонячної системи.

Яке магнітне поле у інших планет?

За даними попередніх досліджень, у наших сусідніх планет також є магнітні поля, але вони не такі сильні, як у Землі. Наприклад, у Меркурія і Венери потоки рідких металів в ядрі не такі інтенсивні, а у Марса ядро і зовсім затверділо, як у Місяця, тому Червона планета має тільки залишкове магнітне поле.

До речі, відсутність магнітосфери у Марса може стати однією з головних перешкод в планах Ілона Маска і SpaceX щодо колонізації цієї планети. Оскільки відносно сильне магнітне поле Землі пом'якшує прямий вплив сонячної радіації, залишкові магнітні сили на Марсі не здатні захистити будь-які живі організми, включаючи потенційних колонізаторів з Землі.

Вчені також вважають, що відсутність магнітосфери на Марсі стала причиною існування там надзвичайно розрідженої атмосфери. У поєднанні з періодичними сильними пиловими бурями, ці умови є досить жорсткими навіть для наших дослідницьких апаратів, не кажучи вже про живих людей.

Однак, спостереження показують, що слабке магнітне поле у Венери не завадило утворенню щільної атмосфери на цій планеті. Передбачається, що 4 млрд років тому Венера була сильно схожа на Землю і на її поверхні була рідка вода. Але через сильний парниковий ефекту (який, можливо, відбудеться і на Землі), на поверхні Венери зросла концентрація токсичних газів і утворився щільний іонізований шар, який також називають індукованою магнітосферою.

Таким чином, навіть без сильного магнітного поля Венера захищена від дії сонячної радіації. Хоча це не означає, що ми можемо туди переселитися, адже температура на поверхні Венери складає майже 500 градусів Цельсія, а звичайний тиск прирівнюється до тиску на глибині майже в 1 км під водою на Землі.

Найсильніше і найбільш незвичайне магнітне поле в Сонячній системі має найбільша планета, яка обертається навколо Сонця — Юпітер. Індукція магнітного поля Юпітера на екваторі становить близько 430 мікротесел (в 10 разів більше, ніж у Землі). Вчені пов'язують це з надзвичайно великою швидкістю обертання Юпітера навколо своєї осі, — планета робить повний оборот лише за 10 годин.

Поки нам точно невідома будова Юпітера, але дослідники припускають, що магнітне поле цієї планети генерується не через активність внутрішнього ядра, а через зміни в зовнішніх шарах, які складаються з рідкого металевого водню.

Через потужне магнітне поле, навколо Юпітера утворюються інтенсивні радіаційні пояси із заряджених частинок сонячного випромінювання. Щоб захистити від руйнівного впливу цих поясів автоматичну міжпланетну станцію Juno, яка зараз досліджує Юпітер, інженерам NASA довелося встановити на неї додаткові екрани з титану. Так що переборщувати з магнітними полями також не можна."