Nowy model starożytnego księżycowego dynama wyjaśnia obecność namagnesowanych skał na jego powierzchni

Nowy model starożytnego księżycowego dynama wyjaśnia obecność namagnesowanych skał na jego powierzchniOriginal Press Release
Obecność na powierzchni Księżyca – obiektu, który nie posiada globalnego pola magnetycznego – namagnesowanych skał, pozostaje zagadką od czasów odkrycia ich w trakcie badań programu Apollo.

Jedną z fajnych rzeczy w naszym modelu jest to, że wyjaśnia, jak dynamo Księżyca mogło działać przez miliard lat. Pozwala również poczynić przewidywania dotyczące zmian natężenia pola na przestrzeni lat, dzięki czemu, przy odpowiednio dużej liczby próbek paleomagnetycznych umożliwia weryfikację teorii

prof. Francis Nimmo
UC Santa Cruz

„To zupełnie odmienny sposób zasilania dynamo, obejmujący fizyczne mieszanie, takie jak mieszanie miski [zupy] wielką łyżką „- mówi Dwyer. Wraz ze współpracownikami obliczyła efekty różnicowego ruchu jądra i płaszcza Księżyca. Na początku swojej historii, Księżyc okrążał Ziemię w znacznie mniejszej odległości niż obecnie, nadal też stopniowo się od niej oddala. Na niższej orbicie, oddziaływania pływowe pomiędzy Ziemią i Księżycem prowadziły do tego, że płaszcz Księżyca obracał się nieco inaczej niż jądro. Ta różnica tempa obrotu płaszcza w stosunku do rdzenia prowadziła do mieszania płynnego jądra, które – teoretycznie – mogło doprowadzić do wytworzenia magnetycznego dynamo.

„Księżyc chwieje się nieco podczas ruchu obrotowego – nazywamy to precesją. Jednak jądro jest płynne i jego precesja jest nieco inna. W efekcie  płaszcz porusza się tam i z powrotem względem rdzenia, a to prowadzi do mieszania jądra „- mówi Nimmo, profesor nauk planetarnych na UCSC.

Naukowcy odkryli, że księżycowe dynamo mogło pracować w ten sposób przez co najmniej miliard lat. Ostatecznie jednak, gdy Księżyc oddalił się wystarczająco od Ziemi, dynamo przestało działać. „Im dalej Księżyc się odsuwał, tym wolniejsze było mieszanie, aż w pewnym momencie księżycowego dynamo wyłączyło się „- mówi Dwyer.

Skały mogą stać się namagnesowane pod wpływem uderzenia, mechanizm ten proponowali naukowcy, aby wyjaśnić namagnesowanie próbek skał księżycowych. Jednak ostatnie analizy paleomagnetyczne skał Księżyca, jak również pomiary magnetyzacji skorupy Księżyca wykonane z orbity, sugerują, że istniało na nim silne, długotrwałe pola magnetycznego we wczesnej historii naszego satelity.

Nadal jednak konieczne są bardziej szczegółowe analizy, aby wykazać, że w wyniku mieszanie jądra przez płaszcz powstanie odpowiedni rodzaj przepływów w ciekłym jądrze by wygenerowały one pole magnetyczne. „Tylko niektóre rodzaje przepływów powodują powstanie magnetycznego dynama ” – mówi Dwyer. „Obliczyliśmy moc, która była dostępna do zasilania dynamo oraz natężenie pola magnetycznego, które mogło zostać wygenerowane. Ale tak naprawdę potrzebujemy ekspertów od dynama magnetycznego by przenieść model na następny poziom szczegółowości i sprawdzić, czy działa.”

Działający model księżycowy dynamo, w połączeniu z bardziej szczegółową analizę paleomagnetyczną próbek skał księżycowych, mogłyby dostarczyć naukowcom potężnych narzędzi do badania historii Księżyca. Ponadto, proponowana hipoteza przedstawia nowy mechanizm generowania pola magnetycznego nie tylko na Księżycu, ale także na innych małych ciałach niebieskich, w tym dużych asteroidach.

Źródła:

Ancient lunar dynamo may explain magnetized moon rocks

The presence of magnetized rocks on the surface of the moon, which has no global magnetic field, has been a mystery since the days of the Apollo program. Now a team of scientists has proposed a novel mechanism that could have generated a magnetic field on the moon early in its history.

The „geodynamo” that generates Earth's magnetic field is powered by heat from the inner core, which drives complex fluid motions in the molten iron of the outer core. But the moon is too small to support that type of dynamo, according to Christina Dwyer, a graduate student in Earth and planetary sciences at the University of California, Santa Cruz. In the November 10 issue of Nature, Dwyer and her coauthors–planetary scientists Francis Nimmo at UC Santa Cruz and David Stevenson at the California Institute of Technology–describe how an ancient lunar dynamo could have arisen from stirring of the moon's liquid core driven by the motion of the solid mantle above it.

„This is a very different way of powering a dynamo that involves physical stirring, like stirring a bowl with a giant spoon,” Dwyer said.

Dwyer and her coauthors calculated the effects of differential motion between the moon's core and mantle. Early in its history, the moon orbited the Earth at a much closer distance than it does today, and it continues to gradually recede from the Earth. At close distances, tidal interactions between the Earth and the moon caused the moon's mantle to rotate slightly differently than the core. This differential motion of the mantle relative to the core stirred the liquid core, creating fluid motions that, in theory, could give rise to a magnetic dynamo.

„The moon wobbles a bit as it spins–that's called precession–but the core is liquid, and it doesn't do exactly the same precession. So the mantle is moving back and forth across the core, and that stirs up the core, ” explained Nimmo, a professor of Earth and planetary sciences at UCSC.

The researchers found that a lunar dynamo could have operated in this way for at least a billion years. Eventually, however, it would have stopped working as the moon got farther away from the Earth. „The further out the moon moves, the slower the stirring, and at a certain point the lunar dynamo shuts off,” Dwyer said.

Rocks can become magnetized from the shock of an impact, a mechanism some scientists have proposed to explain the magnetization of lunar samples. But recent paleomagnetic analyses of moon rocks, as well as orbital measurements of the magnetization of the lunar crust, suggest that there was a strong, long-lived magnetic field on the moon early in its history.

„One of the nice things about our model is that it explains how a lunar dynamo could have lasted for a billion years,” Nimmo said. „It also makes predictions about how the strength of the field should have changed over the years, and that's potentially testable with enough paleomagnetic observations.”

More detailed analysis is needed, however, to show that stirring of the core by the mantle would create the right kind of fluid motions to generate a magnetic field. „Only certain types of fluid motions give rise to magnetic dynamos,” Dwyer said. „We calculated the power that's available to drive the dynamo and the magnetic field strengths that could be generated. But we really need the dynamo experts to take this model to the next level of detail and see if it works.”

A working model of a lunar dynamo, combined with more detailed paleomagnetic analysis of moon rocks, could give scientists a powerful tool for investigating the history of the moon, Dwyer said. In addition, the study presents a novel mechanism for generating a magnetic field not only on the moon, but also on other small bodies, including large asteroids.

Tim Stephens, UCSC

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *