Ngay từ thời đại Apollo, nhà khoa học đã biết rằng Mặt trăng có một loại từ trường trong quá khứ, nhưng hiện tại không có một loại nào. Các nghiên cứu mới về mẫu mặt trăng Apollo trả lời một số câu hỏi này, nhưng chúng cũng tạo ra nhiều câu hỏi khác để được trả lời.
Các mẫu mặt trăng được các sứ mệnh Apollo trả về cho thấy bằng chứng từ hóa. Đá được từ hóa khi chúng được nung nóng và sau đó được làm mát trong từ trường. Khi chúng nguội xuống dưới nhiệt độ Curie (khoảng 800 độ C, tùy thuộc vào vật liệu), các hạt kim loại trong đá xếp dọc theo từ trường xung quanh và đóng băng ở vị trí đó, tạo ra từ hóa còn sót lại.
Từ hóa này cũng có thể được đo từ không gian. Các nghiên cứu từ các vệ tinh quay quanh cho thấy từ hóa Mặt Trăng mở rộng vượt ra ngoài các khu vực được các phi hành gia Apollo lấy mẫu. Tất cả từ hóa này có nghĩa là Mặt trăng phải có từ trường tại một thời điểm nào đó trong lịch sử ban đầu của nó.
Hầu hết các từ trường mà chúng ta biết trong Hệ mặt trời được tạo ra bởi một máy phát điện. Về cơ bản, điều này liên quan đến sự đối lưu trong lõi chất lỏng kim loại, giúp di chuyển hiệu quả các nguyên tử kim loại Electron, tạo ra dòng điện. Dòng điện này sau đó gây ra một từ trường. Sự đối lưu chính nó được cho là được điều khiển bằng cách làm mát. Khi lõi bên ngoài nguội đi, các phần lạnh hơn chìm vào bên trong và để các phần bên trong ấm hơn di chuyển ra phía ngoài.
Do Mặt trăng quá nhỏ, một máy phát điện từ được điều khiển bằng làm mát đối lưu dự kiến sẽ ngừng hoạt động vào khoảng 4.2 tỷ năm trước. Vì vậy, bằng chứng từ hóa sau thời gian này sẽ cần 1) nguồn năng lượng khác ngoài làm mát để điều khiển chuyển động của lõi chất lỏng, hoặc 2) một cơ chế hoàn toàn khác để tạo ra từ trường.
Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã đề xuất một phương pháp thay thế như vậy. Các tác động hình thành lưu vực lớn có thể tạo ra từ trường tồn tại ngắn trên Mặt trăng, sẽ được ghi lại trong các vật liệu nóng được đẩy ra trong sự kiện va chạm. Trên thực tế, một số quan sát từ hóa được đặt ở phía đối diện của Mặt trăng (cực âm) từ các lưu vực lớn.
Vì vậy, làm thế nào bạn có thể biết nếu từ hóa trong đá được hình thành bởi một máy phát điện lõi hoặc một sự kiện tác động? Chà, từ trường do tác động chỉ kéo dài khoảng 1 ngày. Nếu một hòn đá nguội đi rất chậm, nó sẽ không ghi lại từ trường có thời gian tồn tại ngắn như vậy, do đó, bất kỳ từ tính nào nó giữ lại phải được tạo ra bởi một máy phát điện. Ngoài ra, đá có liên quan đến các tác động cho thấy bằng chứng sốc trong khoáng sản của họ.
Một mẫu mặt trăng, số 76535, cho thấy bằng chứng làm lạnh chậm và không có hiệu ứng sốc, có từ hóa còn sót lại riêng biệt. Điều này, cùng với tuổi của mẫu, cho thấy Mặt trăng có lõi chất lỏng và từ trường được tạo ra bằng máy phát điện cách đây 4.2 tỷ năm. Một máy phát điện lõi như vậy phù hợp với làm mát đối lưu. Nhưng, nếu có những mẫu trẻ hơn thì sao?
Các nghiên cứu mới được công bố gần đây trên Science bởi Erin Shea và các đồng nghiệp của cô cho thấy đây có thể là trường hợp. Cô Shea, một sinh viên tốt nghiệp tại MIT, và nhóm của cô đã nghiên cứu mẫu 10020, một bazan ngựa 3,7 tỷ năm tuổi được các phi hành gia Apollo 11 mang về. Họ đã chứng minh rằng mẫu 10020 cho thấy không có bằng chứng sốc trong khoáng sản của nó. Họ ước tính rằng mẫu mất hơn 12 ngày để làm mát, chậm hơn nhiều so với thời gian tồn tại của từ trường do tác động. Và họ phát hiện ra rằng mẫu bị từ hóa rất mạnh.
Từ nghiên cứu của họ, cô Shea và các đồng nghiệp của mình kết luận rằng Mặt trăng có một máy phát điện từ tính mạnh, và do đó, một lõi kim loại chuyển động, khoảng 3,7 tỷ năm trước. Điều này cũng tốt sau thời gian một máy phát điện làm mát đối lưu sẽ ngừng hoạt động. Tuy nhiên, không rõ ràng nếu máy phát điện liên tục hoạt động kể từ 4.2 tỷ năm trước, hoặc nếu cơ chế di chuyển lõi chất lỏng giống nhau ở mức 4.2 và 3,8 tỷ năm. Vì vậy, có những cách nào khác để giữ cho lõi lỏng di chuyển?
Các nghiên cứu gần đây của một nhóm các nhà khoa học Pháp và Bỉ, do Tiến sĩ Le Bars dẫn đầu, cho thấy các tác động lớn có thể mở khóa Mặt trăng khỏi vòng quay đồng bộ của nó với Trái đất. Điều này sẽ tạo ra thủy triều trong lõi chất lỏng, giống như các đại dương Trái đất. Các thủy triều lõi này sẽ gây ra các biến dạng đáng kể ở ranh giới lõi-lớp phủ, có thể điều khiển các dòng chảy quy mô lớn trong lõi, tạo ra một máy phát điện.
Trong một nghiên cứu gần đây, Tiến sĩ Dwyer và các đồng nghiệp cho rằng sự tiên đoán của trục quay mặt trăng có thể khuấy động lõi chất lỏng. Sự gần gũi với Mặt trăng sớm với Trái đất sẽ khiến trục quay Mặt trăng lung lay. Dự đoán này sẽ gây ra các chuyển động khác nhau trong lõi chất lỏng và quá mức lớp phủ rắn, tạo ra sự khuấy trộn cơ học lâu dài (hơn 1 tỷ năm) của lõi. Tiến sĩ Dwyer và nhóm của ông ước tính rằng một máy phát điện như vậy sẽ tự nhiên ngừng hoạt động khoảng 2,7 tỷ năm trước khi Mặt trăng rời khỏi Trái đất theo thời gian, làm giảm ảnh hưởng của lực hấp dẫn.
Thật không may, từ trường được đề xuất bởi nghiên cứu mẫu 10020 không phù hợp với một trong những khả năng này. Cả hai mô hình này sẽ cung cấp từ trường quá yếu để tạo ra từ hóa mạnh được quan sát trong mẫu 10020. Một phương pháp khác để huy động lõi chất lỏng của Mặt trăng sẽ cần được tìm thấy để giải thích những phát hiện mới này.
Nguồn:
Một máy phát điện lõi âm lịch sống lâu. Shea, et al. Khoa học 27, tháng 1 năm 2012, 453-456. doi: 10.1126 / khoa học.1215359.
Một máy phát điện mặt trăng tồn tại lâu được điều khiển bằng cách khuấy cơ học liên tục. Le Bars et al. Thiên nhiên 479, tháng 11 năm 2011, 212-214. doi: 10.1038 / thiên nhiên10564.
Một máy phát điện tác động cho Mặt trăng sớm. Dwyer và cộng sự. Thiên nhiên 479, tháng 11 năm 2011, 215-218. doi: 10.1038 / tính chất10565.
