Gadu desmitiem zinātnieki ir secinājuši, ka Zemes-Mēness sistēma, kas izveidojusies, pirms aptuveni 4,5 miljardiem gadu notika zemes un Marsa izmēra objekta sadursmes rezultātā. Šī teorija, kas pazīstama kā Milzu trieciena hipotēze, izskaidro, kāpēc Zeme un Mēness ir līdzīgi pēc struktūras un sastāva. Interesanti, ka zinātnieki ir arī noteikuši, ka agrīnās vēstures laikā Mēnesim bija magnetosfēra - līdzīgi kā to šodien dara Zeme.
Tomēr jauns MIT pētnieku vadīts pētījums (ar NASA atbalstu) norāda, ka vienā reizē Mēness magnētiskais lauks faktiski varēja būt spēcīgāks par Zemes. Viņi arī varēja noteikt stingrākus ierobežojumus, kad šis lauks sāka parādīties, apgalvojot, ka tas būtu noticis apmēram pirms 1 miljarda gadu. Šie atradumi ir palīdzējuši atrisināt noslēpumu par to, kāds mehānisms laika gaitā darbināja Mēness magnētisko lauku.
Pētījums, kas nesen parādījās žurnālā Zinātnes sasniegumi, vadīja Saieds Mighani, eksperimentālais klinšu fiziķis ar MIT Zemes, atmosfēras un planētu zinātņu departamentu. Viņam pievienojās Berkeley Geochronology Centre locekļi UC Berkeley un Ķīnas Ģeoloģijas zinātņu universitātē, un ar papildu atbalstu sniedza slavens EAPS profesors, Dr. Benjamin Weiss.
Atgādinot, Zemes magnētiskais lauks ir būtisks dzīvībai, kā mēs to zinām. Kad ienākošās saules vēja daļiņas sasniedz Zemi, tās novirzās no šī lauka un veido priekšgala triecienu Zemes priekšā un magnētisko spaili aiz tā. Atlikušās daļiņas tiek nogulsnētas uz magnētiskajiem poliem, kur tās mijiedarbojas ar mūsu atmosfēru, kas izraisa aurorae, kas redzama tālu ziemeļu un dienvidu puslodēs.
Ja tas nebūtu šim magnētiskajam laukam, Zemes atmosfēru miljardiem gadu laikā lēnām attīrīja saules vējš un padarīja aukstu, sausu vietu. Tiek uzskatīts, ka tas notika Marsā, kur laika posmā no 4,2 līdz 3,7 miljardiem gadu tika noplicināta vienreiz biezāka atmosfēra, un viss šķidrums uz tā virsmas tika zaudēts vai iesaldēts.
Gadu gaitā Veisa grupa ir palīdzējusi pierādīt Mēness iežu izpēti, ka aptuveni pirms 4 miljardiem gadu Mēnesim bija arī spēcīgs magnētiskais lauks, kura stiprums bija aptuveni 100 mikrotlasu (tā kā Zemes spēja šodien ir aptuveni 50 mikrotlasu). 2017. gadā viņi pētīja Apollo astronautu savāktos paraugus, kas datēti pirms aptuveni 2,5 miljardiem gadu, un atrada daudz vājāku lauku (mazāk nekā 10 mikrotlasu).
Citiem vārdiem sakot, Mēness magnētiskais lauks no 4 līdz 2,5 miljardiem gadu novājināja ar koeficientu pieci, pēc tam pilnībā pazuda apmēram pirms 1 miljarda gadu. Tajā laikā Veiss un viņa kolēģi teorēja, ka, iespējams, Mēness interjerā bija divi dinamomehānismi, kas bija atbildīgi par šīm izmaiņām.
Īsi sakot, viņi apgalvoja, ka pirmais dinamo efekts varēja radīt daudz spēcīgāku magnētisko lauku apmēram pirms 4 miljardiem gadu. Pēc tam, pirms 2,5 miljardiem gadu, to aizstāja ar otro dinamo, kas bija ilglaicīgāks, bet uzturēja daudz vājāku magnētisko lauku. Kā Dr. Veiss paskaidroja MIT ziņu izlaidumā:
“Ir vairākas idejas, kādi mehānismi darbināja Mēness dinamo, un jautājums ir, kā jūs izdomājat, kurš no tiem to izdarīja? Izrādās, visiem šiem enerģijas avotiem ir atšķirīgs kalpošanas laiks. Tātad, ja jūs varētu izdomāt, kad dinamo izslēdzās, tad jūs varētu atšķirt mehānismus, kas ir ierosināti Mēness dinamo. Tāds bija šī jaunā darba mērķis. ”
Līdz šim nopietns izaicinājums bija Mēness iežu iegūšana, kas ir jaunāki par 3 miljardiem gadu. Tam par iemeslu ir fakts, ka vulkānu aktivitātes, kas bija raksturīgas uz Mēness pirms 4 miljardiem gadu, izbeidza aptuveni pirms 3 miljardiem gadu. Par laimi, MIT komanda spēja identificēt divus Mēness iežu paraugus, ko ieguva Apollo astronauti, kurus radīja trieciens pirms 1 miljarda gadu.
Kamēr šie ieži trieciena laikā tika izkausēti un pēc tam atšķaidīti, tādējādi procesā izdzēšot to magnētisko ierakstu, komanda varēja veikt tiem testus, lai rekonstruētu magnētisko parakstu. Pirmkārt, viņi analizēja klinšu elektronu orientāciju, kuru Veiss raksturo kā “mazus kompasus”, jo tie vai nu izlīdzinātos esošā magnētiskā lauka virzienā, vai arī parādītos nejaušās orientācijās, ja tāda nebūtu.
Abos paraugos komanda novēroja pēdējo, kas liek domāt, ka ieži veidojas ārkārtīgi vājā magnētiskajā laukā, kas nepārsniedz 0,1 mikroteslas (iespējams, ka tādu vispār nav). Tam sekoja radiometriskās iepazīšanās tehnika, kuru šim pētījumam pielāgoja Veiss un Deivids L. Šusteri (Berklija ģeohronoloģijas centra pētnieki un pētījuma līdzautori). Šie rezultāti apstiprināja, ka ieži patiešām bija 1 miljarda gadu veci.
Visbeidzot, komanda veica paraugu siltuma testus, lai noteiktu, vai tie trieciena laikā var nodrošināt labu magnētisko ierakstu. Tas sastāvēja no abu paraugu ievietošanas cepeškrāsnī un to pakļaušana augstām temperatūrām, kuras varētu radīt trieciens. Atdzesējot, viņi laboratorijā pakļāva tos mākslīgi radītam magnētiskajam laukam un apstiprināja, ka viņi to spēj reģistrēt.
Šie rezultāti apstiprina, ka sākotnēji komandas izmērītais magnētiskais stiprums (0,1 mikrotūla) ir precīzs un ka pirms 1 miljarda gadu dinamo, kas darbina Mēness magnētisko lauku, bija iespējams beidzies. Kā Weiss pauda:
“Magnētiskais lauks ir šī miglainā lieta, kas caurstrāvo telpu, tāpat kā neredzams spēka lauks. Mēs esam parādījuši, ka dinamo, kas radīja mēness magnētisko lauku, nomira pirms 1,5–1 miljarda gadu, un šķiet, ka tam ir enerģija Zemei līdzīgā veidā. ”
Kā atzīmēts, šis pētījums palīdz arī atrisināt debates, kas skar Mēness dinamiku tās vēlākajos posmos. Lai arī ir ierosinātas vairākas teorijas, šie jaunie atklājumi saskan ar teoriju, ka galvenā kristalizācija ir atbildīga. Būtībā šī teorija apgalvo, ka Mēness iekšējais kodols laika gaitā izkristalizējās, palēninot elektriski uzlādēta šķidruma plūsmu un aizturot dinamo.
Veiss norāda, ka pirms tam, iespējams, precesija bija atbildīga par daudz spēcīgāka (bet īslaicīga) dinamo barošanu, kas būtu radījis spēcīgu magnētisko lauku. Tas saskan ar faktu, ka pirms 4 miljardiem gadu tiek uzskatīts, ka Mēness ir riņķojis daudz tuvāk Zemei. Tā rezultātā Zemes gravitācijai būtu daudz lielāka ietekme uz Mēnesi, izraisot tās mantiņas ļodzīšanos un maisa aktivitātes kodolā.
Tā kā Mēness lēnām migrēja prom no Zemes, precesijas ietekme mazinājās un magnētisko lauku veidojošā dinamika vājināsies. Apmēram pirms 2,5 miljardiem gadu kristalizācija kļuva par dominējošo mehānismu, ar kura palīdzību Mēness dinamo turpinājās, radot vājāku magnētisko lauku, kas saglabājās līdz ārējais kodols beidzot izkristalizējās pirms miljarda gadu.
Šādi pētījumi varētu palīdzēt atrisināt noslēpumu, kāpēc tādas planētas kā Venera un Marss zaudēja magnētiskos laukus (veicinot kataklizmiskās klimata izmaiņas) un kā Zeme kādreiz varētu zaudēt savu. Ņemot vērā tā nozīmi apdzīvojamībai, labāka izpratne par dinamiku un magnētiskajiem laukiem varētu arī palīdzēt meklēt apdzīvojamas eksoplanetes.
