Ученые раскрыли тайну магнитного поля Луны. На это ушло 50 лет

Когда астронавты «Аполлона» привезли на Землю лунные камни, ученые обнаружили в них нечто странное — следы намагниченности. Это означало, что у Луны когда-то было собственное магнитное поле, возможно даже мощнее земного. Но как крохотное небесное тело без жидкого металлического ядра могло генерировать такую магнитную защиту? Эта загадка мучила исследователей более полувека, и только сейчас международная команда ученых нашла ответ.

Лунные камни, собранные астронавтами в 20 веке, хранили в себе ответ на полувековую загадку

У Луны было магнитное поле?

На Земле магнитное поле создается благодаря так называемому геодинамо — потокам расплавленного железа во внешнем ядре планеты. Эти потоки генерируют электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитное поле. Именно оно защищает нас от солнечного ветра и космической радиации.

Когда в начале 1970-х годов образцы лунного грунта попали в лаборатории, минералы в них хранили палеомагнитную запись — своеобразный «отпечаток» древнего магнитного поля. Оказалось, что примерно 3,5–4 миллиарда лет назад Луна обладала магнитным полем, сопоставимым по силе с земным. Для сравнения, масса Луны составляет лишь около 1,2 процента от массы Земли, а ее ядро занимает непропорционально маленькую долю общего объема. Откуда же бралась энергия для лунного динамо?

Именно этот парадокс и стал одной из самых устойчивых загадок планетологии. Классические модели просто не могли объяснить, как столь маленькое ядро способно поддерживать конвекцию достаточно долго, чтобы создавать настолько сильное поле.

Внутренне строение Луны

Что показал анализ лунных камней

Международная группа исследователей применила к образцам «Аполлона» современные методы палеомагнитного анализа, которых не существовало в 1970-х. Ключевой задачей было отделить подлинную лунную намагниченность от артефактов, ведь за десятилетия хранения на Земле камни подвергались воздействию земного магнитного поля и даже магнитных полей лабораторного оборудования.

Результаты оказались неожиданными. Реальная сила древнего лунного магнитного поля была значительно переоценена в ранних исследованиях. Предыдущие измерения показывали поле силой до 100 микротесла — это примерно вдвое больше современного земного поля. Новые данные свидетельствуют о гораздо более скромных значениях, что полностью меняет картину.

Дело в том, что при меньшей напряженности поля для его генерации уже не нужно искать экзотические механизмы. Обычная термическая конвекция в относительно небольшом жидком ядре Луны вполне справляется с задачей. Проще говоря, лунное динамо работало по тем же принципам, что и земное, только было слабее и «выключилось» примерно миллиард лет назад, когда ядро остыло и затвердело.

Предыдущие измерения магнитного поля Луны были неточными

Казалось бы, ученые работали с теми же самыми камнями — откуда же ошибка? Все дело в технологиях и подходах. В 1970-х и 1980-х палеомагнитный анализ был значительно грубее. Исследователи использовали образцы большего размера, а методы размагничивания не позволяли точно отделить первичную намагниченность от вторичной.

Вторичная намагниченность — это «шум», который накапливался в камнях после их формирования. Источников этого шума масса: удары метеоритов, которые нагревали породу и перемагничивали ее, воздействие солнечного ветра уже после исчезновения лунного поля, и даже банальное хранение образцов на Земле. Современные методы позволяют «снять» эти наслоения слой за слоем, добравшись до первоначального сигнала.

Кроме того, новое поколение магнитометров работает с образцами размером менее одного миллиметра, что позволяет анализировать отдельные минеральные зерна. На самом деле это революционный подход: вместо усредненного сигнала от целого куска породы ученые получают точечные данные из конкретных кристаллов, сохранивших первичную запись.

Впрочем, сам факт существования лунного динамо никто не оспаривает — поле действительно было. Но его сила оказалась такой, которую легко объяснить стандартной физикой, без привлечения гипотез о гигантских столкновениях или приливных эффектах раннего сближения с Землей.

Читайте также: Когда у Земли появилось магнитное поле — вы удивитесь

Что открытие означает для понимания других спутников

Это исследование важно далеко не только для лунной науки. Магнитные поля — один из ключевых факторов, определяющих обитаемость планет. Без магнитного щита солнечный ветер постепенно сдувает атмосферу, что, вероятно, и произошло с Марсом. Понимание того, как работают динамо в малых телах, помогает оценить, какие экзопланеты и спутники могли сохранить условия для жизни.

Если для генерации магнитного поля не нужны экстремальные условия, а достаточно обычной конвекции в относительно небольшом ядре, то количество потенциально «защищенных» тел в Солнечной системе и за ее пределами резко возрастает. Это касается, например, спутника Юпитера Ганимеда — единственного спутника в Солнечной системе, который обладает собственным магнитным полем прямо сейчас.

Результаты исследования также влияют на планы будущих лунных миссий. Запущенная в конце 2022 года программа «Артемида» предполагает создание долговременной базы на Луне, и понимание истории лунного магнитного поля критически важно для оценки радиационной обстановки. Когда магнитный щит исчез, поверхность Луны стала полностью открыта космической радиации, и за миллиард лет без защиты лунный реголит накопил колоссальную дозу облучения.

Когда-то Луна была совсем другой — с магнитным щитом, вулканами и, возможно, даже тонкой атмосферой. Источник изображения: IFL Science

Как учены проверят новую модель лунного динамо

Одного пересмотра старых данных, конечно, недостаточно. Научное сообщество уже наметило несколько путей проверки. Во-первых, миссия «Артемида-3» и последующие экспедиции должны доставить свежие образцы из регионов Луны, которые «Аполлон» не посещал, прежде всего из района южного полюса. Это позволит получить независимую палеомагнитную запись из других точек и других эпох.

Во-вторых, китайская программа «Чанъэ» уже доставила образцы с обратной стороны Луны, и их палеомагнитный анализ еще продолжается. Если и эти данные подтвердят пересмотренные, более скромные значения древнего магнитного поля, загадка будет официально закрыта.

Но есть нюанс. Некоторые исследователи указывают, что лунное магнитное поле могло быть нестабильным — усиливаться после крупных импактных событий и затухать в спокойные периоды. Если это так, то одни образцы будут показывать сильное поле, а другие — слабое, и обе стороны дискуссии окажутся по-своему правы.

А вы уже подписались на наш канал в MAX? Если нет, самое время это исправить!

Пятьдесят лет ученые пытались понять, как крошечная Луна умудрялась создавать мощное магнитное поле. Ответ оказался элегантно простым: она и не создавала ничего сверхъестественного. Просто ранние измерения завышали реальные значения, а природа, как это часто бывает, обошлась без экзотики — стандартной физики хватило с запасом.