Учените може би едва сега, след 50 години, са намерили обяснение за една от най-дълготрайните мистерии на програмата Аполо: защо някои от камъните от лунната повърхност, изглежда са се образували в магнитно поле, силно като това на Земята.

Магнитните полета се произвеждат във вътрешността на планетите за сметка на електрическите токове в разбъркания течен метал в разтопените ядра на планетите. Но днес вътрешността на лишената от магнитно поле Луна е доста различна от магнетизираните недра на Земята - тя е плътна и предимно замръзнала, съдържаща само малка външна област на ядрото, която е течна и разтопена. Учените смятат, че вътрешността на Луната се е охладила доста бързо и равномерно, след като се е образувала преди около 4,5 милиарда години, което означава, че тя няма силно магнитно поле - и много учени смятат, че никога не е имала.

Как тогава биха могли някои от скалите на 3 милиарда години, извлечени по време на мисиите на НАСА Аполо от 1968 до 1972 г., да изглеждат така, сякаш са образувани в магнитно поле, достатъчно мощно, за да съперничи на земното, докато други камъни са с почти нулеви магнитни свойства?

„Всичко, което знаем за това как магнитните полета се генерират от планетарните ядра, ни подсказва, че тяло с размерите на Луната не би трябвало да може да генерира поле, което е толкова силно като земното“, отбелязва Александър Евънс (Alexander Evans), планетарен учен от Университета Браун.

През последните 50 години учените предлагат множество потенциални обяснения за това странно несъответствие. Може би след образуването си Луната не е замръзнала толкова бързо, колкото се предполага; или може би гравитационното взаимодействие на Луната със Земята й придава силно колебание, разплискайки охлаждащите се лунни вътрешности, което усилва магнитното й поле. Друга идея е, че астероидите са бомбардирали Луната толкова много, че тласъците са предизвикали активността на лунното ядро.

Сега Евънс и неговият съавтор Соня Тику-Шанц (Sonia Tikoo-Schantz), геофизик от Станфордския университет, представят чисто ново обяснение, публикувано на 13 януари в списание Nature Astronomy.

„Вместо да мислим как се е захранило силно магнитно поле непрекъснато в продължение на милиарди години, може би има начин да се получи поле с висок интензитет периодично“, коментира Евънс.

През първите няколко милиарда години от живота на Луната, много преди по-голямата част от нея да изстине, оставяйки само малко желязно вътрешно ядро, заобиколено от частично разтопено външно ядро, нашият орбитален спътник е бил океан от разтопени скали. Важно е обаче, че ядрото на Луната не е било значително по-горещо от мантията над него, което означава, че е имало много малка конвекция между двете. Фактът, че разтопеното съдържание на Луната не може да конвектира в нея, означава, че тя не би могла да има постоянно магнитно поле като земното.

Но изследователите казват, че Луната може да създаде силно периодично поле. Тъй като Луната се е охлаждала с течение на времето, минералите, съдържащи се в нейната гореща магма, биха се охладили с различна скорост. Най-плътните от минералите - оливин и пироксен - са се охладии и потънали първи, а по-малко плътната магма, съдържаща титан заедно с елементи, произвеждащи топлина като калий, торий и уран, са се издигнали точно под кората и са загубили топлината си по-късно. След охлаждане до точката на кристализация, заредената с титан скала ще стане по-тежка от много от твърдите вещества под нея, което я кара да потъва бавно, но неумолимо към разтопеното външно ядро.

Изучавайки известния състав на Луната и правейки базирани на изчисления предположения за вискозитета на нейната древна мантия - или колко лесно би могла да се разбърка магмата - учените изчисляват, че потъващият титан на Луната ще се разбие на парчета с дължина от 60 километра и ще потъне с различни темпове в течение на около милиард години. Всеки път, когато едно от тези студени титаниеви парчета удари горещото външно ядро ​​на Луната, температурната разлика отново ще активира спящите конвективни токове на ядрото, като за кратко ще стартира магнитното поле на Луната. 

„Може да си го представите като капки вода, падащи на горещ тиган“, обяснява Евънс. "Нещо наистина студено, което докосва ядрото и внезапно може да изтече много топлина. Това води до увеличаване на конвекцията в ядрото, което създава тези периодично силни магнитни полета."

Ако магнитосферата на Луната наистина е била толкова непостоянна, тези кратки изблици на магнетизъм биха били достатъчни, за да обяснят защо различните скали, открити на Луната, носят различни магнитни подписи.

След това учените имат намерение тестват лунните скали от Аполо, за да видят дали може да бъде намерен този модел - слаб магнитен шум, понякога прекъсван от мощно поле. Ако се открият изблици на силни магнитни подписи сред слаби, това може да разреши загадката на магнетизма на Луната веднъж завинаги.

Evans, A.J., Tikoo, S.M. An episodic high-intensity lunar core dynamo. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01574-y

 Mysteriously magnetic rocks collected on Apollo mission finally get an explanation, Ben Turner, Live Science.