Магниттік өріс
Ай мен Күннің қатысуынан туындаған гравитациялық әсерлер Жер мантиясының циклдік деформациясын тудырады, осылайша оның айналу осін тербетеді. Бұл механикалық әсер тұтастай алғанда бүкіл планетаға әсер етеді және тұтқырлығы өте төмен сұйық темірден тұратын сыртқы ядрода күшті токтар тудырады. Мұндай ағымдар жасау үшін жеткілікті магнит өрісіЖер.
Жердің магнит өрісі бізді үнемі зарядталған бөлшектерден және Күн тудыратын радиациядан қорғайды. Бұл қалқан геодинамо арқылы қалыптасады, Жердің сыртқы ядросында үлкен мөлшердегі сұйық темір қорытпасының жылдам қозғалысы. Осы магнит өрісін бүгінгі күнге дейін сақтау үшін, классикалық модельге сәйкес, Жерге соңғы 4,3 миллиард жыл ішінде шамамен 3000 ° C салқындаған ядро қажет болды.
Енді CNRS және Паскаль университетінің зерттеушілер тобы негізгі температураның небәрі 300°C төмендегенін айтады. Себебі, ғалымдар осы уақытқа дейін Айдың әсерін есепке алмаған, бұл айырмашылықтың орнын толтырып, геодинамоны белсенді күйде ұстап тұрды деген болжам бар. Зерттеушілердің жұмысы 2016 жылдың 30 наурызында Earth and Planetary Science Letters журналында жарияланған.
Жердің магнит өрісінің пайда болуының классикалық үлгісінде парадокс бар: геодинамо жұмыс істегенде, төрт миллиард жыл бұрын толығымен балқыған және сол кезде температурасы шамамен 6800 ° C болған Жер ядросы суыған болар еді. 3800°C. Дегенмен, планетаның ішкі температурасының ерте эволюциясының соңғы модельдеулері, ең көне карбонатиттер мен базальттардың құрамын геохимиялық зерттеулермен бірге мұндай салқындатуды растаған жоқ. Осылайша, зерттеушілер геодинамода тағы бір қуат көзі бар деген болжам айтуда.
Жер сәл тегістелген пішінге ие және полюстер айналасында айналатын еңкейтілген осьте айналады. Оның мантиясы Айдың толқындық әсерінен серпімді деформацияланған. Зерттеушілер бұл әсер сыртқы ядроны құрайтын сұйық темір қорытпасының қозғалысын үздіксіз ынталандырып, өз кезегінде Жердің магнит өрісін тудыруы мүмкін екенін көрсетті. Жер-Ай-Күн жүйесінің айналуынан гравитациялық энергияның берілуіне байланысты Жер үздіксіз 3,700 миллиард ватт қуат алады, оның 1,000 миллиард ватттан астамы сыртқы қозғалыстың осы түрін жасау үшін қол жетімді деп саналады. негізгі. Бұл энергия Жердің магнит өрісін тудыруға жеткілікті, осылайша негізгі парадоксты шешеді классикалық теория. Гравитациялық күштердің планетаның магнит өрісіне әсері Юпитердің екі серігі: Ио және Еуропа, сондай-ақ бірқатар экзопланеталар үшін құжатталған.
Жердің өз осінің айналасында айналуы да, оның осінің бағыты да, Айдың орбитасы да тұрақты болмағандықтан, олардың ядродағы қозғалысқа бірлескен әсері тұрақсыз және динамода тербеліс тудыруы мүмкін. Бұл процесс сыртқы ядрода және оның жер мантиясымен шекарасында жылы аймақтардың болуын түсіндіруі мүмкін. Бұл өз кезегінде Жер тарихындағы ірі жанартаулық оқиғаларға әкелуі мүмкін. Жаңа модель Айдың Жерге әсері қарапайым толқындардан әлдеқайда жоғары екенін көрсетеді.
Жақында Айдың магниттік қасиеті де бар екені анықталды. Автоматты зондтардан алынған деректер ғалымдарға күн желінің Айды айналып өтетінін және онымен Жерге қарағанда мүлдем басқаша әрекеттесетінін айтты, өйткені оның біздің планетадан айырмашылығы, өзінің магнит өрісі жоқ. Бірақ бұл оны мүлдем тоқтатпайды ...
Жердің айналасында күн желінің ағыны магнитосфераны - үлкен ұзартылған тамшы түріндегі қуысты құрайды, оның ішінде геомагниттік өріс көрінеді. Бас бөлігі үнемі Күнге қарап тұрады, сол жерден оның шекарасына дейінгі қашықтық 10-12 Жер радиусы, яғни шамамен 70 мың километр; Жердің түнгі жағында антикүндік бағытта магнитосфераның ұзын құйрығы 200-ден астам Жер радиусына созылады, оның ұзындығы миллион километрден асады. Ал бұл магнитосфера Жермен бірге орбитада ұшып, Жерді орап, планетаны зиянды қысқа толқынды сәулелерден қорғайды.
Бірақ бұл Жердің магниттік қабығы. Біздің планетамыздың спутнигі туралы не деуге болады? Айдың магнит өрісі туралы сенімді эксперименттік ақпаратты алғаш рет ғарыш кемесі Жерден Айға сәтті ұшқан кезде Ресей ғылым академиясының Жер магнетизмі, ионосфера және радиотолқындардың таралуы институтының ресейлік ғалымдары алды. 1959 жылы іске қосылды. Бұл туралы әсіресе талқылау қажет, өйткені бұл ғарыштық миссия алғаш рет Жерден Айға ұшу кезінде ғылыми деректерді басқару орталығына телеметриялық түрде жіберетін ғылыми аспаптармен жабдықталған, өйткені миссияның тағдыры қысқа болды - ұшу үшін. Ай және қатты қону кезінде апатқа ұшырады ...
1959 жылы 12 қыркүйекте «Восток-Л» зымыран тасығышы ұшырылды, ол «Луна-2» автоматты планетааралық станциясын (АИС) Айға ұшу жолына орналастырды. Ғарыш кемесі өзінің қозғаушы жүйесі болмаған және жай ғана 1959 жылы 14 қыркүйекте апатқа ұшырап, әлемде алғаш рет Аристиль, Архимед және Автолик кратерлерінің маңындағы Маре Серенити аймағында Айдың бетіне жетті. Айдың бетіне Кеңестік Социалистік Республикалар Одағының Елтаңбасы бейнеленген вымпел жеткізілді! Н.С.Хрущев Америка президенті Эйзенхауэр мырзаға АҚШ-қа сапары кезінде естелік ретінде вымпелдің телнұсқасын сыйға тартты.
тұрғысынан ғылыми жетістіктербұл алғашқы сәтті эксперимент болды. «Луна-2» ғарыш кемесі ғылыми жабдықтармен жабдықталған: сцинтилляциялық есептегіштермен, Гейгер есептегіштерімен, магнитометрлермен және микрометеориттерді детекторлармен. Магнитометрлерге ИЗМИРАН қызметкері, зертхана меңгерушісі С.Ш.Долгинов жауапты болды. Құралдардан телеметриялық сигналдар сәтті қабылданды, бірақ магнитометрлердің сигналдары Айдың магнит өрісінің шамасын көрсетпеді! Айдың магнетизмін өлшеуге арналған эксперимент жүргізілді және С.Ш.Долгинов сияқты өз көзқарасыңызды бірден білдіру үшін сіздің аспаптарыңызға сенімділік пен ерекше батылдық қажет болды. Ол Айдың дипольдық конфигурацияда өзінің магнит өрісі жоқ екенін айтты! Нәтижелері ресейлік ғылыми баспасөзде жарияланды. Айды магниттік емес ғарыштық дене ретінде анықтаған бұл алғашқы жаңалық осылай жасалды!
Ғарышқа алғашқы қадамдар жасағаннан бері жылдар өтті. Қазір ғарыштық миссиялар күн желіндегі және магнитосферадағы, астероидтардағы және басқа планеталардағы магнит өрістерін өлшеуді қоса алғанда, көп және алуан түрлі. Ал енді сіз көп нәрсені зерттеп, аша аласыз нәзік әсерлержәне өзара әрекеттесу.
Ал жақында өзінің магниттік өрісі жоқ Айдың күн желіндегі магнит өрістеріне әсер ететіні белгілі болды және бұл өзгерістер Ай бетінен ондаған мың шақырым қашықтықта анықталады. Бұл Күннен тікелей ұшатын плазманың үздіксіз ағынымен Айдың айналасындағы ағынның ерекшеліктеріне байланысты, ол өте құбылмалы, оның параметрлері тез өзгереді. Алдағы плазмадағы бөлшектердің жылдамдығы мен тығыздығы, сондай-ақ күн желімен тасымалданатын планетааралық магнит өрісі бірліктен ондаған nT-ге дейін өзгереді.
Бірақ мұның бәрі неліктен орын алады, өйткені Айдың өзінің магнит өрісінің болмауына байланысты магнитосферасы жоқ? Мәселе мынада: күн желінің плазмасының ағыны Айдың жарықтандырылған жағындағы спутниктің бетіне еркін жетеді. Бірақ оның өзі, соған қарамастан, Күннен планетааралық магнит өрісін алып жүреді және Айды айналып өткенде құрылымы мен мінез-құлқы NASA зерттеушілері болжағаннан әлдеқайда күрделі болып шыққан өткізгіш орта болып табылады. .
Айдың бетінен шамамен 10 мың шақырым қашықтықта да иондар мен электрондардың плазмалық ағындары тіркеліп, келе жатқан күн желінің ағынында турбулентті бұзылулар тудырады. Плазма параметрлері Айдың бетінен көп бұрын өзгереді.
Күн желіндегі турбуленттілік құбылыстары кедергіден көп бұрын көптеген ғарыш аппараттарының деректерінде анықталған: американдық Lunar Prospector зонды, жапондық Кагуя спутнигі (SELENE), қытайлық Чанг ′ e-2, үнділік Чандраян-1.
ARTEMIS ғарыш зонды электрондар мен иондардың тығыздығы мен энергиясының өзгеруінен басқа, күн желінің ағынында Айдан одан да үлкен қашықтықта электромагниттік және электростатикалық толқындардың болуын анықтады. Бұл аймақ «форешок» деп аталатын кедергіні айналып өткенде сығылған плазма аймағына ұқсайды. Бұл құбылыс Жердің магнитосферасындағы садақ соққы толқынының алдында болады. Айда, жоғарыда айтылғандай, магнитосфера болмағандықтан, бұл құбылыс кедергілерді айналып өтетін плазманың ерекшеліктеріне байланысты болуы мүмкін. Плазмалық процестерді компьютерлік модельдеу көрсеткендей, күн радиациясының әсерінен Айдың бетіне тікелей жақын жерде, плазма ағыны жоғарылағанда, айнымалы. Олар Күннің ультракүлгін сәулелері арқылы атомдардың электронды қабаттарынан бөлінген электрондарды жеделдете алатыны анықталды. Иондық ағындар күн желінің протондарынан қалыптасады және ай бетінің белгілі бір аймақтарында Жер серігінің беткі жыныстарында сақталатын қалдық магниттелудің әлсіз магнит өрістерінің әсерінен кері шағылысады. Бұл иондар ағындары ғарышқа қайта шағылысады және субұрқақтар ағынына ұқсайды.
Жер бетінен небәрі бірнеше метр қашықтықта пайда болатын реманентті магниттелудің электромагниттік өрістері Айдан мыңдаған шақырым жерде күн желіндегі турбулентті бұзылыстарды ынталандырады. Осыған ұқсас құбылыстар Күн жүйесіндегі өздерінің ғаламдық магнит өрісі жоқ басқа денелердің маңайында болуы мүмкін. Мұндай кедергілердің айналасындағы күн желінің ағыны қосымша зерттеулерді қажет ететін көптеген күтпеген плазмалық әсерлерді анықтады.
Бұл деректер Айға басқарылатын миссиялардың қауіпсіздігін анықтау үшін маңызды.
Айдың магнит өрісі астрофизиктерді толғандырған жұмбақ, өйткені егер ол бар болса, онда оның себептері бар. Белгілі болғандай, шын мәнінде, Айдың магнит өрісі оның иелігінде өзінің құрамы мен қасиеттері бойынша жердің «жүрегіне» ұқсайтын ядроға ие болуымен байланысты болуы мүмкін. 60-70 жылдары Аполлос Айдан тау жыныстарының үлгілерін жеткізе бастағанда, ғалымдар таң қалды, өйткені әлсіз ауырлық жағдайында бұл үлгілер біршама өзгеше болуы керек еді. Содан бері әлемде бір-біріне қарама-қарсы екі ғылыми көзқарас пайда болды. Біріншісіне сәйкес, Ай әрқашан біз білетіндей болды, ол тек үлкен кратерлерді қалдырған метеориттердің әсерінен пайда болды;
Ал екінші теорияға сәйкес, Айдың сыртқы қабығы Ай қабығының бетінде болатын процестердің нәтижесінде пайда болды. Белгілі болғандай, осыдан отыз жыл бұрын Жерге Айдан әкелінген үлгілерді зерттеген кезде олардың көпшілігі Айдың өзі арқылы түзілген және метеориттердің әсеріне ұшырамаған. Бұл оның пайда болуы Айдың өзегінде және уақыт өте келе қатайып, мантияның жоғарғы қабаттарында қандай тектоникалық процестердің болғанымен байланысты екенін білдіреді. Массачусетс технологиялық институтының зерттеушілері айдың ішінде қазірдің өзінде балқытылған темірден тұратын ядро бар екенін анықтады. Барған сайын көбірек зерттеулер Айдың ішінде үлкен балқытылған темір өзегі болуы мүмкін екенін айтады немесе, кем дегенде, зерттеулердің көпшілігі осыны көрсетеді. Ғылыми топтың жетекшісі Ян Гаррик-Бетелл дәл осындай қорытындыға келеді.
Ғалымдар неге сонша көңіл бөлетінін, ғалымдардың Айдың құрылымына көп көңіл бөлетінін, ядроның неліктен керемет нәрсе екеніне сенетінін, ол Жерде болғандықтан, неге ол біздің ең жақын жер серігімізде болмауы керек екенін түсіндіру керек шығар? . Шын мәнінде, ғалымдар Айдың бұл қалыптасуы қандай да бір реликтілерге жатады деп бұрыннан сенген күн жүйесі. Бұл жай ғана үлкен тас шар, оның өз өзегі жоқ. Бірақ бұл қате түсінікті оңай түсіндіруге болады, өйткені шын мәнінде, Айдың ішінде не бар екенін анықтау оңай емес, өйткені бұл оңай жұмыс емес. Өйткені, мұндай тереңдікке ену мүмкін емес. Жер бетінен жеткілікті материал жиналып, «зерттеудің озық әдістері» пайда болғанда ғана дұрыс болжам жасауға болатын еді. Шынында да, қазір спутникте үлкен көлемдегі нақты материалдар жиналды, бұл онда болып жатқан процестерді түсінуді айтарлықтай жеңілдетеді. Бірақ одан әрі зерттеулер қалай ілгерілететінін ешкім айта алмайды - Айдың геологиясы мен тектоникасының құрылымы мен дамуына қатысты нақты деректер қажет.
Бірнеше миллиард жыл бұрын Айдың қарқындылығы шамамен 30 есе аз болғанымен, шамамен Жер сияқты күшті магнит өрісіне ие болды. Жердің және кейбір басқа планеталардың магнит өрісі озон қабатын бұзатын күн желінің көп бөлігін бұрып, қорғаныс қызметін атқарады.
Жердің магнит өрісі сұйық ядродағы бөлшектердің қозғалысы нәтижесінде пайда болады. Айдың ядросы сәл өзгеше құрылымға ие және көлемі жағынан әлдеқайда аз. Бірақ ғалымдар көп жылдар бұрын Айдың ішінде дәл осындай ядро болғанын ұсынды және дәлелдеді. Ол күшті магнит өрісін жасады. Айдың төңірегінде магниттелудің болуы бұл планетаның үлкен тау жынысы болып табылатындығы және өз ядросы болуы мүмкін емес деген теорияны жоққа шығарады. Айдың тереңдігіне қарап, құрылымын жақсы зерттеу мүмкін емес, бірақ белгілі бір жанама белгілерге сүйене отырып, мұны жасауға болады.
Екінші гипотеза магниттелуді Айдың кішкентай металл өзегі емес, оның үстінде орналасқан қалың балқыған (сұйық) жыныс қабаты тудырды.
Қазіргі Айдың магнит өрісі
Шын мәнінде, қазіргі Ай планетасының магнит өрісі тұрақты және айнымалы ағындардан тұрады. Тұрақты өрістерді магниттелген жер үсті жыныстары жасайды. Олар бір нүктеден екінші нүктеге өте тез өзгереді. Айның тереңдігінде ауыспалы өрістер пайда болады.
Айдың магнит өрісі қазіргі уақытта өте әлсіз. Оның кернеуі шамамен 0,5 гамма. Сарапшылар бұл жердегі өріс күшінің шамамен 0,1% құрайды деп түсіндіреді. Айдың жанындағы электр өрісі өлшенбеді, бірақ зерттеулер жүргізілді және ғалымдар оның бар екенін және Жердің айтарлықтай толқындық әсеріне байланысты Айдың ішінде электр зарядтарының күшті қайта бөлінуі керек екенін анықтады.
Жердің магнит өрісі бізді Күннен келетін зарядталған бөлшектер мен радиациядан үнемі қорғайды. Бұл қалқан Жердің сыртқы ядросында (геодинамо) үлкен мөлшердегі балқытылған темірдің жылдам қозғалысы арқылы жасалады. Магниттік өрістің осы күнге дейін сақталуы үшін классикалық модель соңғы 4,3 миллиард жыл ішінде ядроның 3000 градус Цельсийге салқындатылуын болжайды.
Дегенмен, Ұлттық орталықтың бір топ зерттеушілері ғылыми зерттеулерФранция мен Блез Паскаль университеті негізгі температураның небәрі 300 градусқа төмендегенін хабарлады. Бұрын ескерілмеген Айдың әрекеті температура айырмашылығын өтеп, геодинамоны сақтап қалды. Жұмыс 2016 жылдың 30 наурызында Earth and Planetary Science Letters журналында жарияланды.
Жердің магнит өрісінің пайда болуының классикалық моделі парадоксты тудырды. Геодинамо жұмыс істеуі үшін Жер 4 миллиард жыл бұрын толығымен балқыған болуы керек және оның өзегі сол кездегі 6800 градустан бүгінгі күні 3800 градусқа дейін баяу салқындаған болуы керек. Бірақ планетаның ішкі температурасының ерте эволюциясын соңғы үлгілеу, ең көне карбонатиттер мен базальттардың құрамын геохимиялық зерттеулермен қоса, мұндай салқындатуды қолдамайды. Осылайша, зерттеушілер геодинамода тағы бір қуат көзі бар деген болжам айтуда.
Жердің пішіні сәл тегістелген және полюстер айналасында айналатын еңкейтілген айналу осі бар. Оның мантиясы Айдың толқындық әсерінен серпімді деформацияланған. Зерттеушілер бұл әсердің сыртқы ядродағы балқытылған темірдің қозғалысын үздіксіз ынталандыруы мүмкін екенін көрсетті, бұл өз кезегінде Жердің магнит өрісін тудырады.
Біздің планета Жер-Ай-Күн жүйесінен гравитациялық айналу энергиясын беру арқылы үздіксіз 3,700 миллиард ватт қуат алады, ал геодинамоға 1,000 миллиард ватттан астам қол жетімді деп саналады. Бұл энергия Жердің магнит өрісін құру үшін жеткілікті және Аймен бірге бұл классикалық теорияның негізгі парадоксын түсіндіреді. Гравитациялық күштердің планетаның магнит өрісіне әсері Юпитердің Ио және Еуропа серіктері, сондай-ақ бірқатар экзопланеталар мысалында бұрыннан дәлелденген.
Жердің өз осінен айналуы да, осінің бағыты да, Айдың орбитасы да тұрақты болмағандықтан, олардың біріккен әсері тұрақсыз және геодинамода тербеліс тудыруы мүмкін. Бұл процесс сыртқы ядродағы және оның Жер мантиясымен шекарасындағы кейбір жылулық импульстарды түсіндіруі мүмкін.
Осылайша, жаңа модельАйдың Жерге әсері толқындардан әлдеқайда жоғары екенін көрсетеді.
Сонымен бірге, Ай Жердің ядросын араластыруға қатысады деген ұсыныстар бар. Ай жердің ядросын араластыруға қатысуы мүмкін. Зерттеулерден кейін француз ғалымдары «Жер және планеталық ғылым хаттары» беттерінде айтылғандай осындай қорытындыға келді.
Француз планетар ғалымдары мен геофизиктерінің пікірінше, Ай толқындық күштердің көмегімен Жердің өзегін араластыра алады, осылайша геомагниттік өрісті сақтай алады. Белгілі болғандай, магнит өрісі планетаны зарядталған ғарыштық бөлшектерден қорғайды, бірақ ол тек Жердің арқасында мұндай ұзақ уақыт бойы сақталмас еді.
Айдың темір мен никельдің сұйық сыртқы өзегін араластыруға көмектесетін нұсқасы бар, бұл элементтердің салқындауына жол бермейді және олардың қызметін жалғастыруға мүмкіндік береді. Бұрын ойлағандай, геомагниттік өрістің жұмысы Жердің айналуымен, сондай-ақ ішкі және сыртқы қабаттар арасындағы температура айырмашылығымен қамтамасыз етіледі.
Ғалымдар 4,3 миллиард жыл ішінде сыртқы ядролар 5,4 мың градусқа салқындауы керек деп есептеді, бірақ соңында олар бірнеше жүз градусқа ғана салқындаған. Бұл Жердің магнит өрісінің механизміне сыртқы механизм де әсер ететінін көрсетеді. Олар Айдың гравитациялық өрісіне байланысты пайда болатын толқындық күштер болуы мүмкін.
Толқындық күштердің арқасында Жер алатын энергия планетаның магнит өрісінің дұрыс жұмыс істеуі үшін жеткілікті болуы керек.