5 Minutės
Kas glūdi už mėnulio magnetinių uolienų paslapties?
Nuo pat įsimintinų Apollo misijų laikų NASA astronautai į Žemę pargabeno neįkainojamus mėnulio uolienų mėginius, leidusius dešimtmečius gilintis į Mėnulio raidos istoriją ir evoliuciją. Tačiau viena iš didžiausių paslapčių išlieka neišspręsta iki šiol – daugelis šių uolienų rodo buvus stiprių magnetinių laukų poveikį, tarsi būtų buvę panardintos į magnetinę aplinką, kurios stiprumas prilygsta Žemės magnetiniam laukui. Šiandien Mėnulio globalus magnetinis laukas beveik neegzistuoja, tad kaip senoviniai mėnulio akmenys išlaikė tokias magnetines „atmintis“ – tai tapo dideliu galvosūkiu planetologams, siekiantiems suprasti mūsų artimiausio kosminio kaimyno istoriją.
Mėnulio magnetizmo pagrindai: kas išduoda istoriją?
Naujosios kartos tyrimai, pasitelkdami ne tik Apollo, bet ir Kinijos Chang’e 5 bei Chang’e 6 misijų pargabentus mėginius, iškėlė mintį, kad ankstyvasis Mėnulis galėjo turėti bent silpną magnetinę aplinką, nors ir toli gražu ne tokią galingą, kaip Žemės. Paprastai planetų magnetiniai laukai kyla dėl vadinamojo dinaminiu efektu: kai planetos gelmėje esančios, dažniausiai geležies turinčios, skysčio srovės generuoja ilgalaikius laukus. Tačiau Mėnulio mažas, vos kelių šimtų kilometrų skersmens, geležies branduolys bei nelabai vėsus mantijos sluoksnis pagal šiuolaikinius termodinaminius modelius reiškia, kad energinga, ilgalaikė konvekcija sunkiai įmanoma, o tai kelia abejonių, ar Mėnulis apskritai galėjo turėti stiprų vidinį magnetinį lauką.
Konkuruojančios teorijos: nuo dinamo iki kosminių smūgių
Kadangi klasikinių modelių nepakanka aiškiai paaiškinti mėnulių uolienų stipraus magnetizmo kilmės, mokslininkai pasiūlė keletą alternatyvių hipotezių:
- Dinamo sukelta magnetizacija. 2022 metais paskelbtas tyrimas teigė, kad per pirmąjį Mėnulio milijardą metų vyko gravitacinio persitvarkymo (angl. gravitational overturn) procesas. Kaistant ir vėstant didžiulei magminei Mėnulio vandenyno masei, sunkesni mineralai – pvz., titanas – kristalizavosi arti paviršiaus ir ilgainiui smuko branduolio link. Tokia masių migracija galėjo sukaupti pakankamus temperatūros skirtumus, kad silpna šerdis periodiškai pradėtų konvekciją, iššaukdama trumpalaikes, tačiau stiprias magnetinio lauko bangas. Būtent dėl to tik dalis uolienų fiksuoja ryškius magnetinius pėdsakus.
- Magnetizacija nuo smūgių. Kita tyrėjų grupė kelia versiją, kad stipraus dinamo galėjo ir nebūti: 2021 metų eksperimentas, naudojęs ypatingai jautrią CO2 lazerinę techniką Apollo 16 mėginiams, parodė, jog magnetinius signalus galėjo sukelti meteoritų ar kometų poveikiai. Apie tai byloja stiprūs vietiniai laukai, atsirandantys smūgio metu įkaistose zonose – trumpalaikiai, bet intensyvūs magnetiniai pliūpsniai uolienoms fiksuojant tokių įvykių atspaudus.
Naujausi tyrimai: asteroido smūgių ir Mėnulio magnetizmo sąsajos
2024 metų MIT tyrėjų – Benjamin Weiss ir Rona Oran – publikacija žurnale Science Advances pateikia intriguojančią hipotezę, apjungiančią abi ankstesnes: galbūt milžiniško asteroido smūgis ankstyvuoju Mėnulio istorijos laikotarpiu galėjo trumpam sustiprinti jau egzistavusį, labai silpną Mėnulio magnetinį lauką. Tokios grandiozinės kolizijos metu susiformuodavęs „Imbriumo“ baseinas driekiasi tūkstančius kilometrų, o panašaus masto smūgis galėjo sukelti siautulingas magnetines audras mėnulio paviršiuje.
Weiss ir Oran sukūrė detalius skaitmeninius modelius, kurių pagrindas – tuo metu egzistavęs maždaug 50 kartų silpnesnis nei Žemės Mėnulio magnetinis laukas. Modeliavimas parodė: susidūrimo metu susidaro tirštas ir labai karštas plazmos debesis, dalis jo išsiveržia į kosmosą, o likusi dalis – tarsi apgobia Mėnulį žiedu. Šio plazmos judėjimo periodu (apie 40 minučių) jau egzistavęs mėnulio magnetinis laukas buvo sustiprintas daugybę kartų.
Šalia šių pokyčių, smūgio sukelta šoko banga išskirtinai paveikia aplinkines uolienas. Tokia laikina, bet galinga magnetinė banga sugeba „perkrauti“ uolienų vidinio magnetinio lauko orientaciją – subatominėms dalelėms pasisukus nauja kryptimi, šis magnetinis atspaudimas (remanentinė magnetizacija) uolienose gali išlikti milijardus metų.
Weiss analogiją iliustravo taip: įsivaizduokite, kad ore metate išmaišytą kortų kaladę, kurioje kiekviena korta turi miniatiūrinį kompaso rodyklėlę. Nusileidus kortoms intensyvioje magnetinėje aplinkoje, jų rodyklėlės kryptys „užfiksuoja“ konkretaus momento lauką, kurio intensyvumas smūgio metu buvo ženkliai didesnis. Taip ir mėnulio uolos savotiškai įrašo praeities magnetinę informaciją, reflektuodamos to laikotarpio greitai užgesusią, bet stiprią magnetinę audrą.
Kas laukia toliau? Neatsakytos mįslės ir naujų pavyzdžių paieškos
Nors hipotezė – kad reikia didžiulio smūgio, jau egzistuojančio, tačiau silpno magnetinio lauko ir tam tinkamų uolienų – atrodo įtikinama, toks užderinimas galimai buvo retas reiškinys. Tačiau ši teorija paaiškina, kodėl tik dalis senųjų Mėnulio akmenų rodo stiprią remanentinę magnetiką. Tik tos uolienos, kurios smūgio metu buvo arti didžiausio šoko zonos, galėjo įrašyti ir išsaugoti trumpalaikės, bet galingos magnetinės audros pėdsakus.
Ateityje šią hipotezę galėtų patikrinti atidūs tyrimai su šviežiais, dar nepaliestais Mėnulio mėginiais, kurie vienu metu demonstruotų ir stiprią magnetizaciją, ir tipinius smūgio sukelto šoko ženklus. Istoriškai tokie uolienų pavyzdžiai buvo laikomi mažiau vertingais, juos dažnai padėdavo į šalį ar net išmesdavo, tačiau dabar mokslininkai supranta jų ypatingą vertę kosmoso istorijos narpliojimui.
NASA Artemis programa ir ateities tyrimų viltys
Mokslinė bendruomenė ypatingai laukia NASA Artemis programos rezultato; šios misijos iki 2030-ųjų praplės neseniai Apollo misijų grąžintas žinias. Artemis II ir Artemis III misijos numato leistis ten, kur žmogaus koja dar nebuvo įžengusi, ir pargabenti pačius naujausius grunto bei uolienų mėginius. Tikimasi, kad tarpusavyje suderinti magnetiniai pėdsakai ir uolienų mikrostruktūroje užfiksuotos šoko formos leis nepaneigiamai patvirtinti (arba paneigti) smūgių sustiprinto mėnulio magnetinio lauko teoriją.
Tačiau entuziazmas persipina su rūpesčiais: NASA ilgalaikių tyrimų tempas, ypač mėnulio grąžinimo programos finansavimas, priklauso nuo politinės valios ir stabilaus finansavimo, kuris šiuo metu kelia nemažai neaiškumų.
Išvados: kodėl mėnulio uolų magnetizmas mums svarbus?
Mėnulio uolienų magnetizmas – tai kosminis detektyvas, kuriame pinasi planeto-geologijos, pažangių misijų ir šiuolaikinės fizikos gijos. MIT tyrėjų darbas sufleruoja, kad trumpalaikės, bet itin intensyvios magnetinės bangos, sukeltos galybinių asteroido smūgių, priartino Mėnulio silpną magnetinį lauką prie įspūdingų Žemės charakteristikų. Uolienos paviršiaus – ir gilumų – „atmintis“ leido išsaugoti užuominas, kurių tyrimas lauks ateinančio dešimtmečio naujausių technologijų ir pavyzdinių misijų.
Sprendžiant ir suprantant mėnulio magnetinės istorijos galvosūkį, atsiveria platesnė visatos pažinimo perspektyva – mes žengiame link gilesnio supratimo, kaip vystosi ir keičiasi ne tik Mėnulis, bet ir kiti uoliniai kosminiai kūnai Saulės sistemoje.
Komentarai