Apollo-aikakaudesta lähtien tiedemies on tiennyt, että Kuulla oli aikaisemmin jonkinlainen magneettikenttä, mutta sitä ei ole nyt. Apollo-kuunäytteiden uudet tutkimukset vastaavat joihinkin näistä kysymyksistä, mutta ne luovat myös paljon muita vastattavia kysymyksiä.
Apollo-operaatioiden palauttamat kuunäytteet osoittavat magnetoitumista. Kivet magnetoidaan, kun ne kuumennetaan ja jäähdytetään sitten magneettikentässä. Kun ne jäähtyvät Curie-lämpötilan alapuolella (noin 800 astetta C, materiaalista riippuen), kallion metallihiukkaset rinnastuvat ympäröivää magneettikentää pitkin ja jäätyvät siihen asentoon tuottaen jäännösmagnetoitumisen.
Tämä magnetoituminen voidaan mitata myös avaruudesta. Satelliittien kiertoradalla tehdyt tutkimukset osoittavat, että Kuun magnetoituminen ulottuu huomattavasti Apollon astronautien näyttelemien alueiden ulkopuolelle. Kaikki tämä magnetoituminen tarkoittaa, että Kuulla on pitänyt olla magneettikenttä jossain vaiheessa sen varhaisessa historiassa.
Suurin osa aurinkokunnan tuntemista magneettikentistä syntyy dynaamisella. Periaatteessa tähän sisältyy konvektio metallisessa nestemäisessä ytimessä, joka liikuttaa tehokkaasti metalliatomien elektroneja muodostaen sähkövirran. Tämän jälkeen tämä virta indusoi magneettikentän. Itse konvektion ajatellaan johtavan jäähdytyksellä. Ulomman ytimen jäähtyessä kylmempi osa vajoaa sisätilaan ja antaa lämpimämpien sisäosien siirtyä ulospäin kohti ulkopintaa.
Koska Kuu on niin pieni, konvektiivisen jäähdytyksen vetämän magneettidünon odotetaan sulkeneen jonkin aikaa noin 4,2 miljardia vuotta sitten. Joten todisteet tämän päivän jälkeen tapahtuvasta magnetoitumisesta tarvitsisivat joko 1) muun energialähteen kuin jäähdytyksen nestemäisen ytimen liikkeen ohjaamiseksi, tai 2) täysin erilaisen mekanismin magneettikentien luomiseksi.
Laboratoriokokeet ovat ehdottaneet yhtä tällaista vaihtoehtoista menetelmää. Suuret altaan muodostavat iskut saattavat tuottaa Kuussa lyhytaikaisia magneettikenttiä, jotka tallentuvat kuumuisiin materiaaleihin, jotka purkautuvat törmäystapahtuman aikana. Itse asiassa jotkut havainnot magnetoitumisesta sijaitsevat Kuun vastakkaisella puolella (antipodi) suurista altaista.
Joten miten voit selvittää, muodostui kallion magnetoituminen ydindünon tai iskutoiminnan kautta? No, iskujen aiheuttamat magneettikentät kestävät vain noin yhden päivän. Jos kallio jäähtyisi hyvin hitaasti, se ei kirjaa tällaista lyhytaikaista magneettikenttää, joten minkä tahansa sen säilyttämän magneettikunnan on täytynyt tuottaa dynaamista. Myös vaikutuksiin osallistuneet kivit osoittavat mineraaliensa sokin.
Yhdellä kuunäytteellä, numero 76535, joka osoittaa hidasta jäähdytystä eikä mitään iskuvaikutuksia, on selvästi jäljellä oleva magnetoituminen. Tämä, kuten näytteen ikä, viittaa siihen, että Kuulla oli nestemäinen ydin ja dynaamisesti luotu magneettikenttä 4,2 miljardia vuotta sitten. Tällainen ydindinamo on yhdenmukainen konvektiivisen jäähdytyksen kanssa. Mutta entä jos on nuorempia näytteitä?
Erin Shean ja hänen kollegoidensa hiljattain Science-julkaisussa julkaistut uudet tutkimukset osoittavat, että näin voi olla. MIT: n jatko-opiskelija Ms Shea ja hänen tiiminsä tutkivat näytettä 10020, 3,7 miljardia vuotta vanhaa tammabasaltia, jonka Apollo 11 -astronautit toivat takaisin. He osoittivat, että näytteessä 10020 ei ole todisteita mineraaliensa shokista. He arvioivat, että näytteen jäähtyminen kesti yli 12 päivää, mikä on paljon hitaampaa kuin iskun aiheuttaman magneettikentän elinikä. Ja he havaitsivat, että näyte magnetoituu voimakkaasti.
Tutkimuksistaan Shea ja hänen kollegansa päättelivät, että Kuulla oli voimakas magneettinen dynamiikka ja siksi liikkuva metalliydin, noin 3,7 miljardia vuotta sitten. Tämä tapahtuu paljon sen jälkeen, kun konvektiivinen jäähdytysdünamo olisi sammunut. Ei ole kuitenkaan selvää, onko dynamiikka jatkuvasti aktiivinen 4,2 miljardia vuotta sitten tai onko nestemäistä ydintä siirtänyt mekanismi sama 4,2 ja 3,8 miljardia vuotta. Joten, mitä muita tapoja on olemassa nestemäisen ytimen liikkumisen pitämiseksi?
Ranskalaisten ja belgialaisten tutkijoiden ryhmän, jota johtavat tohtori Le Bars, äskettäiset tutkimukset viittaavat siihen, että suuret iskut voivat vapauttaa Kuun sen synkronisesta pyörimisestä maan kanssa. Tämä aiheuttaisi vuorovesi nestemäiseen ytimeen, aivan kuten maan valtameret. Nämä ydinvuorovedet aiheuttaisivat merkittäviä vääristymiä ydinvaipan rajalla, mikä voisi ajaa ytimessä suurikokoisia virtauksia muodostaen dynon.
Toisessa äskettäisessä tutkimuksessa tohtori Dwyer ja hänen kollegansa ehdottivat, että kuun spin-akselin precessio voisi sekoittaa nestemäistä ydintä. Kuun varhainen läheisyys maapallolle olisi saanut Kuun spin-akselin heilumaan. Tämä ennaltaehkäisy aiheuttaisi erilaisia liikkeitä nestemäisessä ytimessä ja päällekkäin olevan kiinteän vaipan kanssa, mikä johtaisi ytimen pitkäkestoiseen (yli miljardi vuotta) mekaaniseen sekoittumiseen. Dr. Dwyer ja hänen tiiminsä arvioivat, että tällainen dynamiikka sammuu luonnollisesti noin 2,7 miljardia vuotta sitten Kuun siirtyessä maasta ajan myötä, vähentäen sen painovoimaa.
Valitettavasti näytteen 10020 tutkimuksessa ehdotettu magneettikenttä ei sovellu kumpaankaan näistä mahdollisuuksista. Molemmat mallit tarjoaisivat magneettikentät, jotka ovat liian heikkoja tuottamaan näytteessä 10020 havaittua voimakasta magnetoitumista. Toinen menetelmä Kuun nestemäisen ytimen mobilisoimiseksi on löydettävä näiden uusien havaintojen selittämiseksi.
Lähteet:
Pitkäikäinen Lunar Core Dynamo. Shea, et ai. Science 27, tammikuu 2012, 453 - 456. doi: 10,1126 / science.1215359.
Pitkäikäinen kuu-dünamo, jota ohjataan jatkuvalla mekaanisella sekoituksella. Le Bars et ai. Nature 479, marraskuu 2011, 212 - 214. doi: 10.1038 / nature10564.
Iskuvetoinen dynos varhaiselle kuulle. Dwyer et ai. Nature 479, marraskuu 2011, 215 - 218. doi: 10.1038 / nature10565.
