Przejdź do głównej zawartości

Naukowcy określają czas wygaśnięcia księżycowego dynamo

Tradycyjny kompas byłby dzisiaj nieprzydatny na Księżycu, który nie posiada globalnego pola magnetycznego.


Ale Księżyc wytworzył pole magnetyczne miliardy lat temu i prawdopodobnie było ono jeszcze silniejsze niż ziemskie. Naukowcy uważają, że to pole księżycowe, podobnie jak ziemskie, zostało wygenerowane przez potężne dynamo. W pewnym momencie dynamo i generowane przez nie pole magnetyczne, zanikło.

Teraz naukowcy wyznaczyli moment końca księżycowego dynamo na około 1 mld lat temu.

Nowe określenie tego czasu wyklucza niektóre teorie dotyczące tego, co napędzało księżycowe dynamo na późniejszych etapach i sprzyja jednemu szczególnemu mechanizmowi: krystalizacji jądra. Gdy wewnętrzne żelazne jądro księżycowe się skrystalizowało, płyn naładowanego elektrycznie ciekłego jądra został wymieszany, tworząc dynamo.

W ciągu ostatnich kilku lat grupa Benjamina Weissa odkryła oznaki silnego pola magnetycznego – około 100 mikrotesli – w skałach księżycowych liczących 4 mld lat. Dla porównania, dzisiejsze pole magnetyczne Ziemi ma około 50 mikrotesli.

W 2017 roku grupa Weissa zbadała próbkę zebraną przez astronautów z misji Apollo i znalazła ślady znacznie słabszego pola magnetycznego, poniżej 10 mikrotesli, w skale księżycowej, która miała ok. 2,5 mld lat. Myśleli, że mogły działać wtedy dwa mechanizmy dynamo księżycowego: pierwszy mógł wygenerować znacznie silniejsze, wcześniejsze pole magnetyczne ok. 4 mld lat temu, zanim zostało zastąpione drugim, bardziej trwałym mechanizmem, który utrzymywał znacznie słabsze pole magnetyczne do co najmniej 2,5 mld lat temu.

„Istnieje kilka pomysłów na to, jakie mechanizmy napędzały dynamo księżycowe, a pytanie brzmi, jak dowiedzieć się, które jest za nie odpowiedzialne? Okazuje się, że wszystkie te źródła zasilania mają różne czasy życia. Zatem jeżeli można dowiedzieć się, kiedy dynamo się wyłączyło, można rozróżnić mechanizmy, które zostały zaproponowane dla dynamo księżycowego” – mówi Weiss.

Większość magnetycznych badań próbek księżycowych pochodzi ze starych skał, datowanych na około 3-4 mld lat. Są to skały, które pierwotnie wylewały się jako lawa na powierzchnię bardzo młodego Księżyca, a gdy się schłodziły, ich mikroskopijne ziarna ustawiły się w kierunku księżycowego pola magnetycznego. Znaczna część powierzchni Księżyca jest pokryta takimi skałami, które pozostały niezmienione zachowując zapis starego pola magnetycznego.

Jednak skały księżycowe, których historia magnetyczna rozpoczęła się mniej niż 3 mld lat temu, były znacznie trudniejsze do znalezienia, ponieważ większość księżycowego wulkanizmu do tego czasu ustała.

Niemniej jednak astronomowie zidentyfikowali dwie próbki skały księżycowej, zebrane przez astronautów podczas misji Apollo, które prawdopodobnie uległy silnemu uderzeniu około 1 mld lat temu, w wyniku czego zostały stopione i ponownie połączone w taki sposób, że ich starożytny zapis magnetyczny został prawie całkowicie wymazany.

Zespół ponownie przebadał próbki w laboratorium i najpierw przeanalizował zorientowanie elektronów każdej skały opisywanej przez Weissa jako „małe kompasy”, które albo układają się w kierunku istniejącego pola magnetycznego, albo pojawiają się w przypadkowych orientacjach przy jego braku. W przypadku obu próbek zespół zaobserwował to drugie: losowe konfiguracje elektronów, co sugeruje, że skały powstały w ekstremalnie słabym lub prawie zerowym polu magnetycznym, nie większym niż 0,1 mikrotesli.

Następnie zespół określił wiek próbek, stosując technikę badania radiometrycznego, którą byli w stanie do niego dostosować.

Zespół przebadał próbki baterią testów, aby sprawdzić, czy rzeczywiście są to dobre rejestratory magnetyczne. Innymi słowy, czy po podgrzaniu przez potężne uderzenie, nadal były wystarczająco wrażliwe, aby zarejestrować nawet słabe pole magnetyczne na Księżycu, jeżeli by istniało?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy umieścili obie próbki w piecu i potraktowali wysokimi temperaturami, aby skutecznie wymazać zapis magnetyczny, a następnie podczas schładzania wystawili skały na działanie sztucznie wytworzonego w laboratorium pola magnetycznego.

Wyniki potwierdziły, że dwie próbki rzeczywiście były niezawodnymi rejestratorami magnetycznymi i że początkowo zmierzone przez nich natężenie pola wynoszące 0,1 mikrotesli dokładnie reprezentowało maksymalną możliwą wartość wyjątkowo słabego pola magnetycznego Księżyca 1 mld lat temu. Weiss twierdzi, że pole o wartości 0,1 mikrotesli jest tak niskie, że prawdopodobnie dynamo księżycowe zakończyło swoją żywotność w tamtym czasie.

Nowe odkrycia pokrywają się z przewidywanym okresem życia skrystalizowanego jądra, proponowanym mechanizmem dla dynama księżycowego, który mógł wygenerować słabe i długoterminowe pole magnetyczne w dalszej części historii Księżyca. Weiss mówi, że przed krystalizacją jądra mechanizm znany jako precesja mógł zasilać znacznie silniejsze, choć krótko żyjące dynamo.  

Około 4 mld lat temu młodziutki Księżyc był prawdopodobnie znacznie bliżej Ziemi niż obecnie i był znacznie bardziej podatny na działanie grawitacji planety. Gdy Księżyc powoli oddalał się od Ziemi, efekt precesji się zmniejszał, osłabiając z kolei dynamo i pole magnetyczne. Weiss twierdzi, że prawdopodobnie ok. 2,5 mld lat temu krystalizacja jądra stała się dominującym mechanizmem, dzięki któremu dynamo księżycowe kontynuowało wytwarzanie słabszego pola magnetycznego, które nadal zanikało, gdy jądro Księżyca w końcu całkowicie się skrystalizowało.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…