Magnetické pole
Gravitačné účinky spôsobené prítomnosťou Mesiaca a Slnka spôsobujú cyklickú deformáciu zemského plášťa, čím sa rozkýva jeho rotačná os. Tento mechanický efekt ovplyvňuje celú planétu ako celok a spôsobuje silné prúdy vo vonkajšom jadre, ktoré pozostáva z tekutého železa s veľmi nízkou viskozitou. Takéto prúdy sú dostatočné na vytvorenie magnetické pole Zem.
Magnetické pole Zeme nás neustále chráni pred nabitými časticami a žiarením, ktoré vytvára Slnko. Tento štít je tvorený geodynamom, rýchlym pohybom obrovského množstva tekutej zliatiny železa vo vonkajšom jadre Zeme. Na udržanie tohto magnetického poľa až do súčasnosti podľa klasického modelu Zem potrebovala jadro, ktoré sa za posledných 4,3 miliardy rokov ochladilo asi o 3000 °C.
Teraz tím výskumníkov z CNRS a University of Pascal tvrdí, že teplota jadra klesla iba o 300 °C. Dôvodom je skutočnosť, že vedci doteraz nebrali do úvahy vplyv Mesiaca, o ktorom sa predpokladá, že tento rozdiel kompenzoval a udržiaval geodynamo v aktívnom stave. Práca výskumníkov bola publikovaná 30. marca 2016 v časopise Earth and Planetary Science Letters.
Klasický model vzniku magnetického poľa Zeme má paradox: pri činnosti geodynama by sa zemské jadro, ktoré bolo pred štyrmi miliardami rokov úplne roztavené a v tom čase malo dnešnú teplotu asi 6800°C, ochladilo na 3800 °C. Nedávne simulácie raného vývoja vnútornej teploty planéty spolu s geochemickými štúdiami zloženia najstarších karbonatitov a bazaltov však takéto ochladzovanie nepotvrdili. Vedci teda naznačujú, že geodynamo má ďalší zdroj energie.
Zem má mierne sploštený tvar a otáča sa na naklonenej osi, ktorá sa otáča okolo pólov. Jeho plášť je elasticky deformovaný v dôsledku slapových účinkov spôsobených Mesiacom. Výskumníci ukázali, že tento efekt môže nepretržite stimulovať pohyb tekutej zliatiny železa, ktorá tvorí vonkajšie jadro, a následne vytvárať magnetické pole Zeme. V dôsledku prenosu gravitačnej energie z rotácie systému Zem-Mesiac-Slnko Zem nepretržite prijíma 3 700 miliárd wattov energie, z ktorých sa predpokladá, že viac ako 1 000 miliárd wattov je k dispozícii na vytvorenie tohto typu pohybu vo vonkajšom prostredí. jadro. Táto energia stačí na vytvorenie magnetického poľa Zeme, čím sa vyriešil hlavný paradox klasickej teórie. Vplyv gravitačných síl na magnetické pole planéty už bol zdokumentovaný pre dva mesiace Jupitera: Io a Europa, ako aj pre množstvo exoplanét.
Keďže ani rotácia Zeme okolo svojej osi, ani smer jej osi, ani obežná dráha Mesiaca nie sú konštantné, ich spoločný vplyv na pohyb v jadre je nestabilný a môže spôsobiť oscilácie v dyname. Tento proces môže vysvetliť prítomnosť teplejších oblastí vo vonkajšom jadre a na jeho hranici so zemským plášťom. Čo by zase mohlo viesť k veľkým sopečným udalostiam v histórii Zeme. Nový model ukazuje, že vplyv Mesiaca na Zem ďaleko presahuje jednoduché prílivy a odlivy.
Nedávno sa zistilo, že aj Mesiac má magnetické vlastnosti. Údaje získané z automatických sond vedcom prezradili, že slnečný vietor obteká Mesiac a interaguje s ním úplne inak ako so Zemou, pretože na rozdiel od našej planéty nemá vlastné magnetické pole. To jej však vôbec neprekáža...
Okolo Zeme vytvára prúdenie slnečného vetra magnetosféru – dutinu v tvare obrovskej pretiahnutej kvapky, vo vnútri ktorej sa prejavuje geomagnetické pole. Hlavová časť je vždy otočená k Slnku, odkiaľ prichádza slnečný vietor, vzdialenosť k jeho hranici je 10-12 polomerov Zeme, to znamená asi 70 tisíc kilometrov. Na nočnej strane Zeme, v antisolárnom smere, siaha dlhý chvost magnetosféry viac ako 200 polomerov Zeme, jeho dĺžka je viac ako milión kilometrov. A táto magnetosféra lieta na obežnej dráhe spolu so Zemou, obklopuje Zem a chráni planétu pred škodlivým krátkovlnným žiarením.
Ale to všetko je magnetická škrupina Zeme. A čo satelit našej planéty? Spoľahlivé experimentálne informácie o magnetickom poli Mesiaca ako prví získali ruskí vedci z Ústavu zemského magnetizmu, ionosféry a šírenia rádiových vĺn Ruskej akadémie vied, keď bol prvý úspešný let kozmickej lode zo Zeme na Mesiac. spustený v roku 1959. O tom treba najmä diskutovať, keďže táto vesmírna misia bola po prvý raz vybavená vedeckými prístrojmi, ktoré počas letu zo Zeme na Mesiac telemetricky prenášali vedecké údaje do riadiaceho centra, pretože osud misie bol krátky – letieť na Mesiac a pád pri tvrdom pristátí...
12. septembra 1959 odštartovala nosná raketa Vostok-L, ktorá umiestnila automatickú medziplanetárnu stanicu (AIS) Luna-2 na dráhu letu k Mesiacu. Kozmická loď nemala vlastný pohonný systém a jednoducho havarovala 14. septembra 1959, pričom po prvý raz na svete dosiahla povrch Mesiaca v oblasti Mare Serenity v blízkosti kráterov Aristil, Archimedes a Autolycus. Na povrch Mesiaca bola doručená vlajka zobrazujúca erb Zväzu sovietskych socialistických republík! N. S. Chruščov odovzdal duplikát vlajočky americkému prezidentovi pánovi Eisenhowerovi ako suvenír počas jeho cesty do USA.
Z pohľadu vedecké úspechy toto bol prvý úspešný experiment. Kozmická loď Luna 2 bola vybavená vedeckým vybavením: scintilačnými počítačmi, Geigerovými počítačmi, magnetometrami a detektormi mikrometeoritov. Za magnetometre bol zodpovedný pracovník IZMIRAN, vedúci laboratória S. Sh Dolginov, špecialista na planetárny magnetizmus. Telemetrické signály z prístrojov boli úspešne prijaté, ale signály z magnetometrov neukazovali veľkosť magnetického poľa Mesiaca! Uskutočnil sa experiment na meranie magnetizmu Mesiaca a bolo potrebné mať dôveru vo svoje prístroje a mimoriadnu odvahu, aby ste okamžite vyjadrili svoj názor, ako to urobil S. Sh. Povedal, že Mesiac nemá vlastné magnetické pole v dipólovej konfigurácii! Výsledky boli publikované v ruskej vedeckej tlači. Tak vznikol tento prvý objav, ktorý definoval Mesiac ako nemagnetické kozmické teleso!
Od prvých krokov do vesmíru prešli roky. Vesmírne misie sú teraz početné a rôznorodé, vrátane merania magnetických polí v slnečnom vetre a magnetosfére, na asteroidoch a iných planétach. A teraz môžete študovať a objavovať oveľa viac jemné efekty a interakcie.
A nedávno sa ukázalo, že Mesiac, ktorý nemá vlastné magnetické pole, predsa ovplyvňuje magnetické polia v slnečnom vetre a tieto zmeny sú detekované desiatky tisíc kilometrov od mesačného povrchu. Je to spôsobené zvláštnosťami prúdenia okolo Mesiaca s nepretržitým prúdom plazmy rútiacim sa priamo zo Slnka, ktorý je veľmi variabilný, jeho parametre sa rýchlo menia. Rýchlosť a hustota častíc v prichádzajúcej plazme sa mení a tiež medziplanetárne magnetické pole prenášané slnečným vetrom sa mení od jednotiek až po desiatky nT.
Ale prečo sa to všetko deje, keďže Mesiac nemá magnetosféru kvôli nedostatku vlastného magnetického poľa? Ide o toto: tok plazmy slnečného vetra sa voľne dostáva na povrch satelitu na osvetlenej strane Mesiaca. Sama však nesie medziplanetárne magnetické pole zo Slnka a je vodivým médiom, ktorého štruktúra a správanie sa pri obtekaní Mesiaca sa ukázali byť oveľa zložitejšie, ako vedci NASA predpokladali, ako sa uvádza v nedávnej tlačovej správe. .
Dokonca aj vo vzdialenostiach asi 10 tisíc kilometrov nad povrchom Mesiaca sa zaznamenávajú plazmové toky iónov a elektrónov, ktoré vytvárajú turbulentné poruchy v prichádzajúcom prúdení slnečného vetra. Parametre plazmy sa menia dávno pred povrchom Mesiaca.
Tieto javy turbulencie v slnečnom vetre dávno pred prekážkou boli identifikované v údajoch mnohých kozmických lodí: americkej sondy Lunar Prospector, japonského satelitu Kaguya (SELENE), čínskeho Chang ′ e-2, indického Chandrayaan-1.
Vesmírna sonda ARTEMIS okrem zmien hustoty a energie elektrónov a iónov zachytila v prúdení slnečného vetra prítomnosť elektromagnetických a elektrostatických vĺn v ešte väčšej vzdialenosti od Mesiaca. Táto oblasť pripomína zónu stlačenej plazmy pri obtekaní prekážky, takzvaný „foreshock“. Tento jav nastáva pred rázovou vlnou v zemskej magnetosfére. Keďže Mesiac, ako je uvedené vyššie, nemá magnetosféru, tento jav by sa mal s najväčšou pravdepodobnosťou pripísať zvláštnostiam plazmy obtekajúcej prekážky. Počítačové modelovanie plazmových procesov ukázalo, že priamo pri povrchu Mesiaca pod vplyvom slnečného žiarenia, keď sa prúd plazmy rozbehne, premenné. Ukázalo sa, že dokážu urýchliť elektróny uvoľnené z elektrónových obalov atómov ultrafialovými lúčmi Slnka. Iónové toky sa tvoria z protónov slnečného vetra a spätne sa odrážajú pod vplyvom slabých magnetických polí remanentnej magnetizácie, ktoré sú zachované v povrchových horninách satelitu Zeme v určitých oblastiach mesačného povrchu. Tieto prúdy iónov sa odrážajú späť do vesmíru a pripomínajú prúdy fontán.
Elektromagnetické polia remanentnej magnetizácie, ktoré sa objavujú vo vzdialenostiach len niekoľko metrov od povrchu, stimulujú turbulentné poruchy slnečného vetra tisíce kilometrov od Mesiaca. Podobné javy sa môžu vyskytnúť aj v blízkosti iných telies Slnečnej sústavy, ktoré nemajú vlastné globálne magnetické pole. Prúdenie slnečného vetra okolo takýchto prekážok odhalilo mnoho neočakávaných plazmových efektov, ktoré si vyžadujú ďalší výskum.
Tieto údaje sú dôležité pre určenie bezpečnosti pilotovaných misií na Mesiac.
Magnetické pole Mesiaca je záhadou, ktorá prenasleduje astrofyzikov, pretože ak existuje, potom sú na to dôvody. A ako sa ukázalo, magnetické pole Mesiaca môže byť skutočne spôsobené tým, že má k dispozícii jadro, ktoré sa svojím zložením a vlastnosťami podobá „srdcu zeme“. Keď v 60-70 rokoch Apollos začal dodávať vzorky hornín z Mesiaca, vedci boli prekvapení, pretože v existujúcich podmienkach slabej gravitácie by tieto vzorky mali byť trochu iné. Odvtedy sa vo svete objavili dva protichodné vedecké názory. Podľa prvého sa verí, že Mesiac bol vždy taký, ako ho poznáme, len vďaka dopadom tých meteoritov, ktoré na ňom zanechali veľké krátery.
A podľa druhej teórie sa vonkajší obal Mesiaca vytvoril v dôsledku procesov, ktoré sa vyskytujú pod povrchom Mesiaca. Ako sa ukázalo, pri štúdiu vzoriek prinesených na Zem z Mesiaca pred tridsiatimi rokmi väčšinu z nich vytvoril samotný Mesiac a neboli ovplyvnené meteoritmi. To znamená, že jeho vznik súvisí s tým, aké tektonické procesy prebiehali v jadre Mesiaca a vo vrchných vrstvách plášťa, ktoré časom stvrdli. Výskumníci z Massachusettského technologického inštitútu dokázali, že vnútri Mesiaca sa aj teraz nachádza jadro, ktoré pozostáva z roztaveného železa. Stále viac štúdií uvádza, že vnútri Mesiaca môže byť veľké roztavené železné jadro, alebo aspoň na to poukazuje väčšina výskumov. Presne k takémuto záveru prichádza Ian Garrick-Bethell, vedúci vedeckého tímu.
Asi by stálo za to vysvetliť, prečo vedci venujú toľko pozornosti, vedci venujú toľko pozornosti štruktúre Mesiaca, prečo veria, že jadro je niečo neuveriteľné, pretože je na Zemi, prečo by nemalo byť v našom najbližšom satelite . V skutočnosti vedci už dlho verili, že tento útvar Mesiaca patrí k nejakému druhu relikvií slnečná sústava. Je to jednoducho veľká kamenná guľa, ktorá nemôže mať vlastné jadro. Ale táto mylná predstava sa dá ľahko vysvetliť, pretože v skutočnosti určiť, čo je vo vnútri Mesiaca, nie je také jednoduché, pretože to nie je ľahká úloha. Do takých hĺbok je predsa nemožné preniknúť. Správny predpoklad bolo možné urobiť len vtedy, keď sa z povrchu nazbieralo dostatočné množstvo materiálu a objavili sa „pokročilé metódy výskumu“. Na satelite sa teraz skutočne nazbieralo veľké množstvo faktografického materiálu, čo výrazne uľahčuje pochopenie procesov, ktoré na ňom prebiehajú. Nikto však nevie povedať, ako bude napredovať ďalší výskum – sú potrebné presnejšie údaje týkajúce sa štruktúry a vývoja geológie a tektoniky Mesiaca.
Pred niekoľkými miliardami rokov mal Mesiac približne rovnako silné magnetické pole ako Zem, hoci jeho intenzita bola asi 30-krát menšia. Magnetické pole Zeme a niektorých ďalších planét plní ochrannú funkciu a odkláňa veľkú časť slnečného vetra, ktorý ničí ozónovú vrstvu.
Magnetické pole Zeme vzniká pohybom častíc v tekutom jadre. Jadro Mesiaca má trochu inú štruktúru a je oveľa menšie. Vedci však naznačili a takmer dokázali, že pred mnohými rokmi bolo vo vnútri Mesiaca práve takéto jadro. Vytvoril silné magnetické pole. Prítomnosť magnetizácie okolo Mesiaca vyvracia teóriu, že táto planéta je obrovský skalný útvar a nemôže mať vlastné jadro. Nie je možné nahliadnuť do lunárnych hlbín a dobre študovať štruktúru, ale na základe určitých nepriamych znakov sa to dá.
Druhá hypotéza bola, že magnetizáciu nespôsobilo malé kovové jadro Mesiaca, ale hrubá vrstva roztavenej (tekutej) horniny, ktorá na ňom sedela.
Magnetické pole moderného Mesiaca
V skutočnosti magnetické pole modernej planéty Mesiac pozostáva z konštantných a premenlivých tokov. Konštantné polia vytvárajú zmagnetizované povrchové horniny. Veľmi rýchlo sa menia z jedného bodu do druhého. V hĺbke Mesiaca vznikajú premenlivé polia.
Magnetické pole Mesiaca je v súčasnosti veľmi slabé. Jeho napätie je približne 0,5 gama. Odborníci vysvetľujú, že je to približne 0,1 % sily zemského poľa. Elektrické pole v blízkosti Mesiaca nebolo zmerané, ale uskutočnili sa štúdie a vedci zistili, že existuje a v dôsledku výrazného slapového vplyvu zo Zeme by malo vo vnútri Mesiaca dôjsť k silnému prerozdeleniu elektrických nábojov.
Magnetické pole Zeme nás neustále chráni pred nabitými časticami a žiarením, ktoré k nám prichádza zo Slnka. Tento štít vzniká rýchlym pohybom obrovského množstva roztaveného železa vo vonkajšom jadre Zeme (geodynamo). Aby magnetické pole prežilo dodnes, klasický model počíta s ochladením jadra o 3000 stupňov Celzia za posledných 4,3 miliardy rokov.
Avšak skupina výskumníkov z Národného centra vedecký výskum Francúzsko a Univerzita Blaise Pascala uviedli, že teplota jadra klesla len o 300 stupňov. Pôsobenie Mesiaca, ktoré bolo predtým ignorované, kompenzovalo teplotný rozdiel a udržiavalo geodynamo. Práca bola publikovaná 30. marca 2016 v časopise Earth and Planetary Science Letters.
Klasický model vzniku magnetického poľa Zeme vyvolal paradox. Aby geodynamo fungovalo, Zem musela byť pred 4 miliardami rokov úplne roztavená a jej jadro muselo pomaly ochladiť z vtedajších 6800 stupňov na dnešných 3800 stupňov. Nedávne modelovanie raného vývoja vnútornej teploty planéty v spojení s geochemickými štúdiami zloženia najstarších karbonátov a bazaltov však takéto ochladzovanie nepodporuje. Vedci teda naznačujú, že geodynamo má ďalší zdroj energie.
Zem má mierne sploštený tvar a naklonenú os rotácie, ktorá sa otáča okolo pólov. Jeho plášť je elasticky deformovaný v dôsledku slapových účinkov spôsobených Mesiacom. Výskumníci ukázali, že tento efekt môže nepretržite stimulovať pohyb roztaveného železa vo vonkajšom jadre, čo zase generuje magnetické pole Zeme.
Naša planéta nepretržite prijíma 3 700 miliárd wattov energie prostredníctvom prenosu gravitačnej rotačnej energie zo systému Zem-Mesiac-Slnko a predpokladá sa, že geodynamo má k dispozícii viac ako 1 000 miliárd wattov. Táto energia stačí na vytvorenie magnetického poľa Zeme a spolu s Mesiacom to vysvetľuje hlavný paradox klasickej teórie. Vplyv gravitačných síl na magnetické pole planéty je už dlho potvrdený príkladom Jupiterových satelitov Io a Europa, ako aj niekoľkých exoplanét.
Keďže ani rotácia Zeme okolo svojej osi, ani smer osi, ani obežná dráha Mesiaca nie sú pravidelné, ich kombinovaný účinok je nestabilný a môže spôsobiť oscilácie v geodyname. Tento proces môže vysvetliť niektoré tepelné impulzy vo vonkajšom jadre a na jeho hranici so zemským plášťom.
teda nový model ukazuje, že vplyv Mesiaca na Zem ďaleko presahuje príliv a odliv.
Zároveň sa objavujú návrhy, že Mesiac sa podieľa na miešaní zemského jadra. Mesiac sa môže podieľať na miešaní zemského jadra. Francúzski vedci po výskume dospeli k tomuto záveru, ako sa uvádza na stránkach Earth and Planetary Science Letters.
Podľa francúzskych planetárnych vedcov a geofyzikov dokáže Mesiac pomocou slapových síl premiešať zemské jadro, a tak zachovať geomagnetické pole. Ako je známe, magnetické pole chráni planétu pred nabitými kozmickými časticami, no len vďaka Zemi by sa tak dlho neudržalo.
Existuje verzia, že Mesiac pomáha zmiešať tekuté vonkajšie jadro zo železa a niklu, čo zabraňuje ochladzovaniu týchto prvkov a umožňuje im pokračovať vo svojej činnosti. Ako sa predtým myslelo, fungovanie geomagnetického poľa je zabezpečené rotáciou Zeme, ako aj teplotným rozdielom medzi vnútornou a vonkajšou vrstvou.
Vedci vypočítali, že vonkajšie jadrá mali ochladiť o 5,4 tisíc stupňov za 4,3 miliardy rokov, no nakoniec sa ochladili len o niekoľko stoviek stupňov. To naznačuje, že mechanizmus magnetického poľa Zeme je ovplyvnený aj vonkajším mechanizmom. Môžu to byť slapové sily, ktoré vznikajú v dôsledku gravitačného poľa Mesiaca.
Energia, ktorú Zem získa vďaka slapovým silám, by mala stačiť na správnu činnosť magnetického poľa planéty.