Магнитно поле
Гравитационните ефекти, причинени от присъствието на Луната и Слънцето, причиняват циклична деформация на мантията на Земята, като по този начин разклащат нейната ос на въртене. Този механичен ефект засяга цялата планета като цяло и предизвиква силни течения във външното ядро, което се състои от течно желязо с много нисък вискозитет. Такива течения са достатъчни за създаване магнитно полеЗемята.
Магнитното поле на Земята постоянно ни предпазва от заредени частици и радиация, които се генерират от Слънцето. Този щит се образува от геодинамо, бързото движение на огромни количества течна желязна сплав във външното ядро на Земята. За да поддържа това магнитно поле до днес, според класическия модел, Земята се нуждае от ядро, което се е охладило с около 3000°C през последните 4,3 милиарда години.
Сега екип от изследователи от CNRS и Университета на Паскал казват, че основната температура е спаднала само с 300°C. Това се дължи на факта, че досега учените не са отчитали влиянието на Луната, за която се смята, че е компенсирала тази разлика и е поддържала геодинамото в активно състояние. Работата на изследователите е публикувана на 30 март 2016 г. в списание Earth and Planetary Science Letters.
Класическият модел на формирането на магнитното поле на Земята има парадокс: когато геодинамото работи, ядрото на Земята, което е било напълно разтопено преди четири милиарда години и по това време е имало температура около 6800°C днес, би се охладило до 3800°C. Въпреки това, последните симулации на ранната еволюция на вътрешната температура на планетата, заедно с геохимичните изследвания на състава на най-старите карбонатити и базалти, не са потвърдили такова охлаждане. По този начин изследователите предполагат, че геодинамото има друг източник на енергия.
Земята има леко сплескана форма и се върти по наклонена ос, която се върти около полюсите. Мантията му е еластично деформирана поради приливните ефекти, причинени от Луната. Изследователите са показали, че този ефект може непрекъснато да стимулира движението на течната желязна сплав, която съставлява външното ядро, и на свой ред да генерира магнитното поле на Земята. Поради трансфера на гравитационна енергия от въртенето на системата Земя-Луна-Слънце, Земята непрекъснато получава 3700 милиарда вата мощност, от които се смята, че повече от 1000 милиарда вата са налични за създаване на този тип движение във външния сърцевина. Тази енергия е достатъчна, за да генерира магнитното поле на Земята, като по този начин решава главния парадокс класическа теория. Влиянието на гравитационните сили върху магнитното поле на планетата вече е документирано за две от луните на Юпитер: Йо и Европа, както и за редица екзопланети.
Тъй като нито въртенето на Земята около нейната ос, нито посоката на нейната ос, нито орбитата на Луната са постоянни, тяхното комбинирано влияние върху движението в ядрото е нестабилно и може да предизвика колебания в динамото. Този процес може да обясни наличието на по-топли области във външното ядро и на границата му със земната мантия. Което от своя страна може да доведе до големи вулканични събития в историята на Земята. Нов модел показва, че влиянието на Луната върху Земята надхвърля обикновените приливи и отливи.
Наскоро беше открито, че Луната също има магнитни свойства. Данните, получени от автоматични сонди, казаха на учените, че слънчевият вятър тече около Луната и взаимодейства с нея по съвсем различен начин, отколкото със Земята, тъй като тя, за разлика от нашата планета, няма собствено магнитно поле. Но това изобщо не я спира...
Около Земята потокът от слънчев вятър образува магнитосферата - кухина във формата на огромна продълговата капка, вътре в която се проявява геомагнитно поле. Главната част е винаги обърната към Слънцето, откъдето идва слънчевият вятър, разстоянието до неговата граница е 10-12 земни радиуса, тоест около 70 хиляди километра. От нощната страна на Земята, в антислънчевата посока, дългата опашка на магнитосферата се простира на повече от 200 земни радиуса, дължината й е повече от милион километра. И тази магнитосфера лети в орбита заедно със Земята, обгръща Земята и предпазва планетата от вредното късовълново лъчение.
Но това е цялата магнитна обвивка на Земята. Какво ще кажете за спътника на нашата планета? Надеждна експериментална информация за магнитното поле на Луната беше получена за първи път от руски учени от Института за земен магнетизъм, йоносфера и разпространение на радиовълните на Руската академия на науките, когато беше първият успешен полет на космически кораб от Земята до Луната лансиран през 1959 г. Това трябва да се обсъди специално, тъй като тази космическа мисия за първи път беше оборудвана с научни инструменти, които телеметрично предаваха научни данни към контролния център по време на полета от Земята до Луната, тъй като съдбата на мисията беше кратка - да лети до Луната и катастрофа при твърдо кацане...
На 12 септември 1959 г. е изстреляна ракетата-носител "Восток-Л", която насочва автоматичната междупланетна станция (AIS) "Луна-2" на траектория на полета към Луната. Космическият кораб не разполагаше със собствена задвижваща система и просто се разби на 14 септември 1959 г., като за първи път в света достигна повърхността на Луната в района на Mare Serenity близо до кратерите Аристил, Архимед и Автоликус. Вимпел с герба на Съюза на съветските социалистически републики беше доставен на повърхността на Луната! Н. С. Хрушчов подарява дубликат на вимпела на американския президент г-н Айзенхауер като сувенир по време на пътуването му до САЩ.
От гледна точка научни постижениятова беше първият успешен експеримент. Космическият кораб Луна 2 беше оборудван с научно оборудване: сцинтилационни броячи, броячи на Гайгер, магнитометри и детектори за микрометеорити. За магнитометрите отговаряше служителят на ИЗМИРАН, ръководител на лабораторията С. Ш. Долгинов, специалист по планетарен магнетизъм. Телеметричните сигнали от инструментите бяха приети успешно, но сигналите от магнитометрите не показаха величината на магнитното поле на Луната! Беше проведен експеримент за измерване на магнетизма на Луната и беше необходимо да имате доверие във вашите инструменти и изключителна смелост, за да изразите незабавно своята гледна точка, както направи С. Ш. Долгинов. Той каза, че Луната няма собствено магнитно поле в диполна конфигурация! Резултатите са публикувани в руската научна преса. Така се стигна до това първо откритие, което определи Луната като немагнитно космическо тяло!
Изминаха години от тези първи стъпки в космоса. Сега космическите мисии са множество и разнообразни, включително измерване на магнитни полета в слънчевия вятър и магнитосферата, на астероиди и други планети. И сега можете да изучавате и да откривате много повече фини ефектии взаимодействия.
И наскоро се оказа, че Луната, която няма собствено магнитно поле, въпреки това влияе върху магнитните полета в слънчевия вятър и тези промени се откриват на десетки хиляди километри от лунната повърхност. Това се дължи на особеностите на потока около Луната с непрекъснат поток от плазма, бързащ директно от Слънцето, който е много променлив, неговите параметри варират бързо. Скоростта и плътността на частиците в настъпващата плазма се променят, както и междупланетното магнитно поле, носено от слънчевия вятър, варирайки от единици до десетки nT.
Но защо се случва всичко това, след като Луната няма магнитосфера поради липсата на собствено магнитно поле? Въпросът е следният: потокът от плазма на слънчевия вятър свободно достига повърхността на спътника от осветената страна на Луната. Но самият той, въпреки това, носи междупланетно магнитно поле от Слънцето и е проводяща среда, чиято структура и поведение, когато тече около Луната, се оказаха много по-сложни, отколкото предполагаха изследователите на НАСА, както се съобщава в скорошно съобщение за пресата .
Дори на разстояния от около 10 хиляди километра над повърхността на Луната се записват плазмени потоци от йони и електрони, създаващи турбулентни смущения в насрещния поток на слънчевия вятър. Параметрите на плазмата се променят много преди повърхността на Луната.
Тези явления на турбулентност в слънчевия вятър много преди препятствието бяха идентифицирани в данните на много космически кораби: американската сонда Lunar Prospector, японският спътник Kaguya (SELENE), китайският Chang ′ e-2, индийският Chandrayaan-1.
Космическата сонда ARTEMIS, в допълнение към промените в плътността и енергията на електроните и йоните, откри наличието на електромагнитни и електростатични вълни на още по-голямо разстояние от Луната в потока на слънчевия вятър. Тази област прилича на зона от компресирана плазма, когато тече около препятствие, така нареченият „форешок“. Това явление възниква преди дъговата ударна вълна в магнитосферата на Земята. Тъй като Луната, както бе споменато по-горе, няма магнитосфера, това явление най-вероятно трябва да се отдаде на особеностите на плазмата, която тече около препятствия. Компютърното моделиране на плазмените процеси показа, че непосредствено близо до повърхността на Луната под въздействието на слънчевата радиация, когато плазменият поток се издига, променливи. Оказа се, че те могат да ускоряват електрони, освободени от електронните обвивки на атомите от ултравиолетовите лъчи на Слънцето. Йонните потоци се образуват от протоните на слънчевия вятър и се отразяват обратно под въздействието на слаби магнитни полета на остатъчна намагнитност, които се запазват в повърхностните скали на спътника на Земята в определени райони на лунната повърхност. Тези потоци йони се отразяват обратно в космоса и наподобяват струите на фонтани.
Електромагнитните полета с остатъчна магнетизация, които се появяват на разстояния само на няколко метра от повърхността, стимулират турбулентни смущения в слънчевия вятър на хиляди километри от Луната. Подобни явления могат да възникнат в близост до други тела в Слънчевата система, които нямат собствено глобално магнитно поле. Потокът на слънчевия вятър около такива препятствия разкри много неочаквани плазмени ефекти, които изискват допълнителни изследвания.
Тези данни са важни за определяне на безопасността на пилотираните мисии до Луната.
Магнитното поле на Луната е мистерия, която преследва астрофизиците, защото ако съществува, значи има причини за това. И, както се оказа, наистина, магнитното поле на Луната може да се дължи на факта, че тя има на разположение ядро, което по своя състав и свойства прилича на земното „сърце“. Когато през 60-70-те години Аполо започнаха да доставят скални проби от Луната, учените бяха изненадани, защото в съществуващите условия на слаба гравитация тези проби трябваше да бъдат малко по-различни. Оттогава в света се появиха две противоположни научни гледни точки. Според първия се смята, че Луната винаги е била такава, каквато я познаваме; тя се е образувала само благодарение на ударите на онези метеорити, които са оставили върху нея големи кратери.
И според втората теория, външната обвивка на Луната се е образувала поради процесите, които се случват под повърхността на черупката на Луната. Както се оказа, при изучаване на проби, донесени на Земята от Луната преди тридесет години, повечето от тях са били образувани от самата Луна и не са били засегнати от метеорити. Това означава, че образуването му е свързано с това какви тектонични процеси са протичали в ядрото на Луната и в горните слоеве на мантията, които са се втвърдили с времето. Изследователи от Масачузетския технологичен институт успяха да установят, че вътре в Луната дори и сега има ядро, което се състои от разтопено желязо. Все повече и повече проучвания цитират, че може да има голямо разтопено желязно ядро вътре в Луната или поне това сочат повечето изследвания. Иън Гарик-Бетел, ръководителят на научния екип, стига точно до такова заключение.
Вероятно си струва да се обясни защо учените обръщат толкова много внимание, учените обръщат толкова много внимание на структурата на Луната, защо смятат, че ядрото е нещо невероятно, защото то е в Земята, защо да не е в най-близкия ни спътник . Всъщност учените отдавна вярват, че тази формация на Луната принадлежи към някакъв вид реликви слънчева система. Това е просто голяма каменна топка, която не може да има собствено ядро. Но това погрешно схващане може лесно да се обясни, защото всъщност не е толкова просто да се определи какво има вътре в Луната, защото това не е лесна задача. В крайна сметка е невъзможно да се проникне до такава дълбочина. И беше възможно да се направи правилно предположение само когато беше събран достатъчно материал от повърхността и се появиха „напреднали методи за изследване“. Наистина, на спътника вече е събран голямо количество фактически материал, което значително улеснява разбирането на процесите, които се случват на него. Но никой не може да каже как ще напреднат по-нататъшните изследвания - необходими са по-точни данни относно структурата и развитието на геологията и тектониката на Луната.
Преди няколко милиарда години Луната имаше приблизително същото силно магнитно поле като Земята, въпреки че неговият интензитет беше около 30 пъти по-малък. Магнитното поле на Земята и някои други планети изпълнява защитна функция, като отклонява голяма част от слънчевия вятър, който разрушава озоновия слой.
Магнитното поле на Земята се генерира от движението на частици в течното ядро. Ядрото на Луната има малко по-различна структура и е много по-малко по размер. Но учените предположиха и почти доказаха, че преди много години вътре в Луната е имало точно такова ядро. Той създаде мощно магнитно поле. Наличието на магнетизация около Луната опровергава теорията, че тази планета е огромно скално образувание и не може да има собствено ядро. Не е възможно да се надникне в лунните дълбини и да се проучи добре структурата, но въз основа на някои косвени признаци това може да се направи.
Втората хипотеза е, че намагнитването не е причинено от малкото метално ядро на Луната, а от дебел слой разтопена (течна) скала, разположен върху него.
Магнитно поле на съвременната Луна
Всъщност магнитното поле на съвременната планета Луна се състои от постоянни и променливи потоци. Постоянните полета се създават от магнетизирани повърхностни скали. Те се променят много бързо от една точка на друга. В дълбините на Луната възникват променливи полета.
В момента магнитното поле на Луната е много слабо. Неговото напрежение е приблизително 0,5 гама. Специалистите обясняват, че това е приблизително 0,1% от напрегнатостта на земното поле. Електрическото поле в близост до Луната не е измерено, но са проведени изследвания и учените са установили, че то съществува и поради значителното приливно влияние от Земята трябва да настъпи силно преразпределение на електрическите заряди вътре в Луната.
Магнитното поле на Земята постоянно ни предпазва от заредени частици и радиация, които идват към нас от Слънцето. Този щит се създава от бързото движение на огромно количество разтопено желязо във външното ядро на Земята (геодинамо). За да може магнитното поле да оцелее до днес, класическият модел предвижда охлаждане на ядрото с 3000 градуса по Целзий през последните 4,3 милиарда години.
Въпреки това група изследователи от Националния център научни изследванияФранция и университетът Блез Паскал съобщиха, че основната температура е спаднала само с 300 градуса. Действието на Луната, игнорирано преди това, компенсира температурната разлика и поддържа геодинамото. Работата е публикувана на 30 март 2016 г. в списание Earth and Planetary Science Letters.
Класическият модел за формиране на магнитното поле на Земята породи парадокс. За да работи геодинамото, Земята трябва да е била напълно разтопена преди 4 милиарда години и ядрото й трябва бавно да се е охладило от 6800 градуса тогава до 3800 градуса днес. Но скорошно моделиране на ранната еволюция на вътрешната температура на планетата, съчетано с геохимични изследвания на състава на най-старите карбонатити и базалти, не подкрепя такова охлаждане. По този начин изследователите предполагат, че геодинамото има друг източник на енергия.
Земята има леко сплескана форма и наклонена ос на въртене, която се върти около полюсите. Мантията му е еластично деформирана поради приливните ефекти, причинени от Луната. Изследователите са показали, че този ефект може непрекъснато да стимулира движението на разтопено желязо във външното ядро, което от своя страна генерира магнитното поле на Земята.
Нашата планета непрекъснато получава 3700 милиарда вата мощност чрез пренос на гравитационна ротационна енергия от системата Земя-Луна-Слънце и се смята, че повече от 1000 милиарда вата са на разположение на геодинамото. Тази енергия е достатъчна, за да генерира магнитното поле на Земята и заедно с Луната това обяснява основния парадокс на класическата теория. Влиянието на гравитационните сили върху магнитното поле на планетата отдавна е потвърдено от примера на спътниците на Юпитер Йо и Европа, както и за редица екзопланети.
Тъй като нито въртенето на Земята около нейната ос, нито посоката на оста, нито орбитата на Луната са правилни, комбинираният им ефект е нестабилен и може да причини флуктуации в геодинамото. Този процес може да обясни някои от топлинните импулси във външното ядро и на границата му със земната мантия.
по този начин нов моделпоказва, че влиянието на Луната върху Земята далеч надхвърля приливите и отливите.
В същото време има предположения, че Луната участва в смесването на ядрото на Земята. Луната може да участва в смесването на земното ядро. След проучване френски учени стигнаха до това заключение, както се посочва на страниците на Earth and Planetary Science Letters.
Според френски планетарни учени и геофизици Луната може да смеси ядрото на Земята с помощта на приливни сили, като по този начин поддържа геомагнитното поле. Както е известно, магнитното поле защитава планетата от заредени космически частици, но не би се запазило толкова дълго време само благодарение на Земята.
Има версия, че Луната помага за смесването на течното външно ядро от желязо и никел, което не позволява на тези елементи да се охлаждат и им позволява да продължат дейността си. Както се смяташе досега, работата на геомагнитното поле се осигурява от въртенето на Земята, както и от температурната разлика между вътрешния и външния слой.
Учените изчислиха, че външните ядра трябва да са се охладили с 5,4 хиляди градуса за 4,3 милиарда години, но в крайна сметка те са се охладили само с няколкостотин градуса. Това предполага, че механизмът на магнитното поле на Земята също се влияе от външен механизъм. Те могат да бъдат приливни сили, които възникват поради гравитационното поле на Луната.
Енергията, която Земята получава поради приливните сили, трябва да е достатъчна за правилното функциониране на магнитното поле на планетата.