Holdunknak ma nincs mágneses mezeje, egyes holdi kőzetek mégis erősen mágnesesek. A Hold mágneses mezeje körüli rejtélyt fejtették most meg az MIT tudósai.
Vajon hová tűnt a Hold mágneses mezeje? A tudósok évtizedek óta töprengenek ezen a kérdésen, egészen onnantól fogva, hogy a Hold körül keringő űrszondák erős mágneses mezők jeleit észlelték a holdfelszíni kőzetekben. A Holdnak magának ma nincs saját mágneses mezeje. Az MIT tudósai most azt gondolják, végére jártak a rejtélynek. Az általuk felvetett elmélet szerint egy ősi, gyenge saját mágneses mező és egy nagy, plazmageneráló becsapódás együttes hatása átmenetileg erős mágneses mezőt hozhatott létre, amely a Hold tőlünk távolabbi oldalán koncentrálódott.
Fotó: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRA / MGA
Szimulációkkal a Hold mágneses mezeje nyomában
A Science Advances folyóiratban napvilágot látott tanulmány leírja azokat a részletes szimulációkat, amelyek megmutatják: egy nagyméretű aszteroida vagy ahhoz hasonló objektum becsapódása nyomán ionizált részecskékből álló felhő jöhetett létre, amely rövid időre beburkolta a Holdat. A plazma a Hold körül áramolva végül a becsapódással ellentétes oldalon sűrűsödhetett össze, ahol kölcsönhatásba léphetett a Hold gyenge mágneses mezejével, és időlegesen felerősíthette azt.
Ez az átmeneti erős mágnesség beleíródhatott a területen található kőzetekbe, amelyek megőrizték az emlékét azután is, hogy rövidesen elenyészett.
Az események ilyesfajta láncolata magyarázatot adna az erősen mágneses kőzetek jelenlétére a Hold déli, tőlünk távol eső pólusa körül. Ami azt illeti, az egyik legnagyobb becsapódási kráter, az Imbrium-kráter pontosan ezzel átellenesen, a Hold hozzánk közelebbi felszínén található.
- A kutatók gyanúja szerint bármi volt is az, ami itt becsapódott, valószínűleg az bocsátotta útjára a plazmafelhőt, amely aztán a szimulációikban szereplő helyzetet előállította.
„A holdi mágneses jelenségek közül még így is jócskán marad, amire nem tudunk magyarázatot adni – nyilatkozta Isaac Narrett, az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének doktorandusz hallgatója és a cikk vezető szerzője. – Azonban a Hold körül keringő űrszondák által érzékelt erős mágneses mezők túlnyomó részét – különösen azokat, amelyeket a Hold túlsó oldalán találunk – megmagyarázhatja ez a folyamat.”
A Hold ködbe vesző emlékei
A tudósok előtt évtizedek óta ismeretes volt a tény, hogy a Hold egy néhai erős mágneses mező emlékeit hordozza. A NASA Apollo misszióin részt vevő űrhajósok által az 1960-as és ’70-es években a Hold felszínéről begyűjtött minták, valamint a Hold körül keringő űrszondák által a távolból végzett globális mérések mind maradványmágnességre utaltak a felszíni kőzetekben, különösen az égitest túloldaláról származókban.
A felszíni mágnesség leggyakoribb és legkézenfekvőbb magyarázata a globális mágneses mező, amelyet egy belső „dinamó” – az égitest belsejében forgolódó olvadt mágneses kőzetmag – biztosít. A Föld ma ilyesfajta dinamó-hatással állítja elő a saját mágneses mezejét, és a tudósok úgy vélik, hogy a Hold is hasonlóképp tehetett valaha, bár lényegesen kisebb magja csak sokkal gyengébb mágneses mezőt lehetett képes generálni, amely nem magyarázza a mai holdfelszínen, különösen a távoli oldalon megfigyelt erősen mágneses kőzeteket.
A kutatók körében ezért újra és újra felmerült az az alternatív magyarázat, hogy egy óriásbecsapódás plazmát hozott létre a Hold körül, amely felerősítette az égitest eredendően gyenge mágneses mezejét. 2020-ban Rona Oran és Benjamin Weiss, a mostani közlemény két társszerzője szimulációkkal már ellenőrizték egy óriásbecsapódás hatásait, amelyekhez még hozzátették a Nap által generált, a Föld és a Hold zónájában már gyenge mágneses mező hozzájárulását.
Óriási erejű becsapódás érte a Holdat
A szimulációkban azt vizsgálták, hogy a Holdat érő becsapódás fel tudná-e annyira erősíteni a Napból származó mágneses mezőt, hogy az megmagyarázza a felszíni kőzetek erős magnetizmusát. A válasz akkor nemleges volt. A mostani vizsgálataik során azonban a kutatók változtattak a hipotézisen: a Nap mágneses mezejének bevonása helyett azt feltételezték, hogy a Holdnak valaha lehetett egy belső dinamója, amely ha mégoly gyenge, de mégis saját mágneses mezőt generált az égitestnek. A Hold magjának méretéből kiindulva úgy becsülték, hogy ennek a mezőnek az erőssége 1 mikrotesla lehetett, ami a Föld mai mezőerősségének ötvened része.
Innen kiindulva a kutatók szimulációt végeztek egy jelentős, az Imbrium-krátert létrehozóhoz mérhető erősségű és a Hold innenső oldalát érő becsapódás hatásainak felmérésére. Katarina Miljkovic becsapódási szimulációinak felhasználásával a csoport kiszámította annak a plazmafelhőnek a jellemzőit, amely akkor jöhetett létre, amikor a becsapódás ereje elgőzölögtette a holdfelszín anyagát. Egy másik, a Michigani Egyetem együttműködő partnereitől származó program segítségével azt is szimulálták, miként áramolhatott az így létrejövő plazma, és hogyan léphetett kölcsönhatásba a Hold saját gyenge mágneses mezejével.
A szimulációk azt mutatták, hogy a becsapódás nyomán keletkező plazma egy része az űrbe szökhetett, de a maradék a Hold körül áramolva a becsapódással ellentétes pólus körül koncentrálódhatott, és ott egy rövid időre felerősíthette a Hold gyenge mágneses mezejét.
Az egész folyamat – onnan, hogy a mágneses mező erőssége kiugrott, odáig, hogy visszaesett a kiinduló értékre – valószínűleg hihetetlenül gyorsan lezajlott: talán 40 percig tarthatott az egész.
Fotó: NASA / NASA
A kutatók meglepő következtetése
Vajon egy ennyire pillanatszerű esemény elégséges volt ahhoz, hogy a mágneses mezőerősség villanásnyi megugrása beleíródjék a kőzetekbe? A kutatók szerint igen, ha számításba vesszük a becsapódás egy másik, ezzel párhuzamos hatását.
Számításaik során azt találták, hogy egy Imbrium-léptékű becsapódás lökéshullámot indíthatott a Hold belsejében – olyasfajtát, mint egy földrengéskor keletkező szeizmikus sokk. A lökéshullámok szintén a becsapódással átellenes oldalon konvergálhattak, ahol a mechanikai sokk átmenetileg „felrázhatta” a kőzeteket és azok elektronjait. Márpedig az elektronok olyan szubatomi részecskék, amelyek tengelyüket természetes módon a külső mágneses térhez idomulva orientálják. A tudósok úgy sejtik, hogy a kőzeteket pont akkor érhette el a lökéshullám, amikor a plazmafelhő felerősítette a Hold mágneses mezejét. A kőzetek elektronjai épp akkor ülepedtek le felrázott állapotukból, amikor a külső mágnesség erőteljes volt, és annak megfelelően rendeződtek.
„Olyan ez, mintha egy kártyapaklit feldobnánk a levegőbe, de úgy, hogy mágneses mező vesz minket körül, a kártyák pedig apró iránytűként viselkednek – magyarázza Weiss. – Amikor a kártyák földet érnek, irányultságuk a mező szerint áll be. Lényegében ez maga a mágneseződési folyamat.”
A cikk szerzői tehát azt állítják, hogy a Hold dinamóhatása, valamint az óriásbecsapódás, annak plazma- és lökéshullám-generáló hatásaival együtt, elégséges a Hold erősen mágneses felszíni kőzeteinek magyarázatához, különösen ami a tőlünk távoli oldalt illeti. Efelől úgy bizonyosodhatnánk meg, ha megvizsgálnánk ezeket a köveket a sokk nyomai és az erős mágnesezettség után kutatva. Mivel a NASA Artemis programja pont a Hold déli, tőlünk távol eső sarkvidékét kívánja felderíteni, a vizsgálat lehetősége teljesen reális.
„Évtizedek óta ment a fejtörés a Hold mágnesességéről, hogy vajon becsapódás vagy dinamóhatás okozhatja-e. Szerintünk kicsit ez, kicsit az – foglalta össze Oram. – És az a jó, hogy ez egy ellenőrizhető feltevés.”
