Луна, Меркурий и многие метеоритные материнские тела содержат намагниченную кору, которая обычно приписывается древнему ядру Динамо. Давняя альтернативная гипотеза предполагает усиление межпланетного магнитного поля и индуцированного поля земной коры (поля земной коры) через плазму, генерируемую при ударах метеороидов. В новом докладе, опубликованном в настоящее время в журнале Science Advances, Рона Оран и исследовательская группа из департаментов наук о земле и планетах, геологии и космических наук в США, Германии и Австралии показали, что, хотя ударная плазма может временно усилить поле внутри Луны, результирующие поля были по крайней мере на три порядка слабее, чтобы объяснить магнитные аномалии лунной коры. Команда использовала магнитогидродинамическое и ударное моделирование наряду с аналитическими соотношениями в этой работе, чтобы показать, что ядро Динамо (а не плазма, генерируемая ударом астероида) является единственным возможным источником намагниченности на Луне.

Лунное Динамо и лунная кора

Индуктивно генерируемые магнитные поля в жидком планетарном нутре генерируются с помощью Динамо-процесса. В настоящее время на Луне отсутствует основное Динамо-магнитное поле, но в эпоху Аполлона ученые показали, что лунная кора содержит остаточную намагниченность. Согласно исследованиям, намагничивающее поле, вероятно, достигло десятков микротеслас более 3,56 миллиарда лет назад, однако происхождение сильнейших аномалий лунной коры и их источник намагниченности остаются давними загадками. Предыдущие исследования предполагают существование на Луне принципиально иного неконвективного Динамо-механизма.

Более конкретно, гиперскорость, возникающая в результате столкновения астероидов, может испарять и ионизировать материалы лунной коры, чтобы непосредственно высвобождать плазму в ветер. Поскольку самые сильные и крупные аномалии лунной коры непосредственно расположены в антиподах (географических точках) четырех молодых крупных бассейнов, исследователи предполагают, что ударная плазма поглотила Луну и сжала межпланетное магнитное поле (ММП), чтобы вызвать усиление поля коры на антиподе. Оран и др. устранены существующие пробелы путем введения самосогласованного моделирования постударной плазмы и магнитных полей для объяснения диффузии и диссипации поля внутри Луны-наряду с пересмотренными аналитическими соображениями. Для достижения этой цели команда объединила моделирование ударной физики выемки котлована и генерации пара с магнитогидродинамическим (МГД) моделированием.

Моделирование бассейна Имбрия

Ученые использовали код физики удара iSALE-2-D для выполнения моделирования формирования ударных бассейнов, мультиматериальный, мультиреологический код в двух измерениях (2-D). Они также провели трехмерное МГД (магнитогидродинамическое) моделирование, включая взаимодействие Луны, солнечного ветра и пара. Во время моделирования МГД Оран и др. использовался блок адаптивного дерева Solar-Wind Roe Upwind Scheme (сокращенно BATS-R-US) code, способный моделировать эволюцию магнитного поля внутри резистивных тел. Затем они сосредоточились на лунной впадине имбриум—также известной как правый глаз легендарного человека на Луне; образуется в результате столкновения астероидов или протопланет. Антиподальная область Имбрия в настоящее время содержит некоторые из самых сильных магнитных аномалий, наблюдаемых с орбиты. Они смоделировали основанный на ударе метод формирования бассейна, включая генерацию пара и выемку бассейна. Расширяющаяся ударная плазма симуляции создала магнитный резонатор и усилила межпланетное магнитное поле (ММП) на его периферии, заставляя ММП, переносимый ветром, накапливаться против пара.

Изучение пространства параметров различных сценариев воздействия

Сначала резистивные внешние слои Луны разрушали магнитный поток со скоростью, сравнимой со скоростью расширения пара. Эта скорость потери магнитного поля согласуется с теоретическими оценками, которые способствовали удалению магнитной энергии из системы. Трехмерная диффузия поля в каминной полке и коре позволила полю скользить вокруг ядра вместо того, чтобы быть закрепленным внутри. Полученные результаты не указывали на сохранение магнитной энергии или сходимость поля. Работа также показала, что поля, усиленные плазмой, не могут объяснить намагниченность земной коры, и самое сильное усиление произошло далеко над поверхностью Луны. Дополнительным механизмом, который мог бы ограничить антиподальный эффект, было магнитное пересоединение, хотя это явление не возникло из-за отсутствия геометрии антипараллельного поля. Любой магнитный поток, направленный к антиподу, либо рассеивался внутри Луны, либо уносился прочь паром.

Oran et al. смоделировали семь дополнительных вариантов обнаружения IMF (межпланетного магнитного поля), включая скорость солнечного ветра, местоположение удара и физические свойства ударного облака, с различными комбинациями параметров. Они использовали несколько примеров для изучения альтернативных мест воздействия и относительных ориентаций МВФ и скорости солнечного ветра. Наибольшее общее усиление в гребне происходило в тех случаях, когда место удара и относительная ориентация IMF и скорость солнечного ветра были одинаковыми.

Усиление поля за счет расширения пара в солнечный ветер

МГД (магнитогидродинамическое) моделирование показало, как расширение паров усиливает межпланетное магнитное поле (ММП), переносимое солнечным ветром, создавая препятствие для ветра и вызывая разгон и нагромождение. Источник сжатой магнитной энергии IMF содержал объемную кинетическую энергию восходящего ветра, и уровень усиления соответствовал областям скопления на кометах и ионосфере Венеры, хотя и был ниже, чем коэффициент сжатия IMF, рассчитанный для ударной плазмы на Луне. Команда также обнаружила, что удельное сопротивление земной коры является главным фактором, препятствующим усилению магнитного поля внутри Луны. Эволюция магнитного поля происходила на сложной структуре, отраженной в моделировании, что привело к удалению потока из коры и верхней мантии, где лунная кора эффективно уменьшала магнитную энергию при воздействии магнитной полости. Этот неожиданный результат был вызван расширением пара, которое произошло после удара, в результате чего входящее межпланетное магнитное поле изменило направление и постепенно магнитно изолировало Луну от межпланетного магнитного поля.

Гипотеза усиленного ударом магнитного поля является ведущей альтернативой гипотезе о динамическом происхождении магнитной коры на Луне и других межпланетных телах. Однако эта работа показала, что такие поля слишком слабы, чтобы объяснить сильные аномалии лунной коры и палеоинтенсивности образцов Аполлона. Оран и др. поэтому поддержите предложение о лунном палеомагнетизме как записи Динамо-действия на Луне. Ударная плазма все еще может быть жизнеспособным механизмом для намагничивания некоторых областей коры, если они образуются в присутствии ранее существовавшего поля ядра-Динамо на Луне, такие взаимодействия еще предстоит исследовать с помощью магнитогидродинамического моделирования.

ИСТОЧНИК