Магнитное поле на Луне существовало дольше, чем думали

На Луне глобальное магнитное поле практически отсутствует. Считается, что она утратила его очень быстро — в самом начале своей эволюции. Исследования образцов, доставленных с обратной стороны луны китайским зондом «Чанъэ-6» показывают, что это не совсем так. Прежде чем окончательно затухнуть задолго до появления на Земле признаков жизни, поле могло усиливаться и ослабляться, а нестабильная работа лунного магнитного геодинамо могла, как и на Земле, приводить к инверсии магнитных полюсов.

Магнитное поле на планетах и спутниках Солнечной системы создаётся и поддерживается за счёт работы механизма планетарного масштаба — магнитного геодинамо. Это результат сложного взаимодействия движения расплавленного металлического ядра космического тела за счёт вращения планеты, тепловыделения от неостывшего ядра, возможно, внешнего магнитного поля (от Солнца) и других глобальных факторов. Полной его теории пока нет, но механизм магнитогеодинамо — самая удачная гипотеза, которая объясняет, почему магнитное поле планеты может сохраняться на протяжении миллиардов лет, а не затухает почти сразу после образования планеты. Также, что ещё более интересно практически, такая модель предсказывает хаотические инверсии магнитного поля, которые геологи восстанавливают по намагниченности ископаемых пород. Подробнее про то, что известно о магнитном геодинамо, можно прочитать в другой статье.

Эволюция лунного динамо — ключевой механизм, который позволяет исследовать внутреннюю структуру Луны, эволюцию её тепловых потоков и, как следствие — геологию поверхности. Китайские геофизики провели палеомагнитный анализ базальтов, которые летом 2024 года доставила на Землю станция «Чанъэ-6» и выявили значительное усиление лунного магнитного динамо около 2,8 миллиардов лет назад (такой примерный возраст пород, отобранных в локации Чанъэ-6).

Палеомагнитные исследования приповерхностных образцов лунных пород, доставленных предыдущими экспедициями, позволили установить общую хронологию «магнитной» истории Луны. Но траектория эволюции лунного магнитного динамо оставалась непонятной — в распоряжении исследователей были породы или очень старые, или сравнительно молодые. Подробнее про возраст доступных для исследования пород и реконструкцию лунной геохронологии можно прочитать в отдельной статье. Миссия Чанъэ-6, которая впервые доставила на Землю образцы базальтов с обратной стороны Луны, возраст которых около 2,8 миллиарда лет, даёт возможность заполнить этот критический пробел в геологической истории Луны.

Сотрудники Института геологии и геофизики Китайской академии наук измерили напряжённость древнего магнитного поля Луны, зафиксированного в базальтах Чанъэ-6, и получили оценки в диапазоне от 5 до 21 микротесл (мкТл). Для сравнения: современное магнитное поле на поверхности Земли изменяется в зависимости от локации в границах 30-60 микротесл.

Эти результаты указывают на неожиданный рост напряжённости поля около 2,8 миллиардов лет назад после его резкого спада 3,1 миллиарда лет назад. Это позволяет усомниться в ведущей на сегодня гипотезе о лунном геомагнитном динамо, которое на отметке около 3 миллиардов лет назад перешло в своё низкоэнергетическое состояние и оставалось в нём вплоть до полного выключения. Исследователи предполагают, что магнитное поле Луны в этот период могло быть обусловлено базальным магматическим океаном, а также прецессией спутника. Возможно, определённую роль играли дополнительные механизмы, такие, как продолжающаяся кристаллизация ядра. Статья о возможном продолженном действии лунного магнитного динамомеханизма во время формирования пород в локации «Чанъэ-6» в декабре 2024 года вышла в Nature.

Находки указывают на то, что недра Луны на большой глубине оставались горячими и геологически активными ещё в середине её ранней истории. Это — первые в истории палеомагнитные данные, полученные с обратной стороны Луны. Они позволяют реконструировать промежуточные этапы эволюции лунного геодинамо. Сравнение этих данных с тем, что было известно на сегодня, указывает на значительные колебания лунного магнитного поля как минимум на интервале между 3,2 и 2,8 миллиардов лет назад. Это указывает на очень нестабильную работу динамо в этот период. Но нестабильный (хаотический) механизм геодинамо имеет конкретные следствия, известные из геологии Земли — например, инверсии магнитных полюсов. Это задаёт дно из направлений исследований для будущих лунных проектов — поиск следов инверсий лунного магнитного поля, возможно, аналогичных тем, которые находят в базальтовых породах на дне земных океанов.