Магнитное поле Земли защитит астронавтов на Луне
Почти 35 лет прошло с момента последнего пребывания человека на Луне. И уже все чаще слышатся разговоры о полетах на Марс. Но ученые все же хотят сперва решить проблему радиоактивного облучения при работе астронавтов на поверхности Луны, чтобы получить знания, необходимые для успешного выполнения миссии освоения Марса.
Наибольшую опасность представляют собой солнечные штормы, выбрасывающие в сторону Земли частицы солнечного вещества на скорости близкой к скорости света, которые нагревают частицы кислорода в земной ионосфере, устремляющиеся в последствии опасным потоком по направлению к Луне.
И хотя сама Земля надежно защищена магнитным полем (или магнитосферой), недавние исследования ученых из Вашингтонского университета показали, что некоторые участки Луны также оказываются защищенными магнитосферой на протяжении семи дней во время своего 28-дневного обращения вокруг Земли.
Частицы солнечного вещества, выбрасываемые во время солнечного шторма, несут достаточно энергии, чтобы не только мешать работе систем связи на земле, но и уничтожать спутники на земной орбите. Во время солнечных штормов, частицы земной ионосферы (в основном, кислород) тоже заряжаются. И хотя они не обладают такой же энергией как заряженные частицы солнечного вещества, они все же могут представлять собой серьезную опасность для астронавтов, работающих на поверхности Луны. Та же опасность будет подстерегать людей и во время полета на Марс.
Ученые разработали компьютерную модель магнитосферы и обнаружили, что помимо угрозы атаки Луны заряженными частицами ионосферы Земли, солнечный шторм вызывает изменения в магнитосфере, которые способны отклонять (изменять курс) заряженных солнечных частиц.
Частицы с достаточной энергией проходят сквозь тело человека, не причиняя особого вреда, но менее активные частицы могут «застревать» в организме. Накопившись в достаточном количестве, частицы, обладающие определенным уровнем излучения, могут вызвать поражение клеток организма.
Во время миссии Аполлона-17 в 1972 году астронавты пробыли на Луне всего пару дней. Поэтому никто и не задумывался о возможном облучении космической радиацией. Но при планировании продолжительных работ на поверхности Луны необходимо учитывать вредное влияние космического излучения на людей.
Сейчас, конечно, ученым известно куда больше деталей относительно космической радиации. В частности, вред заряженных солнечных частиц хорошо виден на примере реакции спутников на повышенную солнечную активность.
Ученые видят проблему в том, что невозможно предсказать, когда произойдет очередной всплеск солнечной активности. Можно было бы заранее предупредить астронавтов о возможной атаке заряженных частиц, чтобы те спрятались в укрытие, если участок поверхности Луны не находится под защитой магнитосферы Земли. Но частицы движутся со скоростью близкой к скорости света и достигают Луны за считанные минуты, так что у астронавтов остается слишком мало времени, чтобы отреагировать на сигнал с Земли и спрятаться от надвигающейся угрозы.
Ученые считают, что излучение от заряженных частиц кислорода из земной ионосферы менее вредно, чем солнечное. Они так же полагают, что поток заряженных частиц кислорода с Земли, вероятно, уменьшается за счет позитивного электрического потенциала освещенной части Луны. Но в любом случае, заряженный кислород с Земли может усилить вредное влияние солнечной радиации.
Новые исследования позволят определить наиболее безопасное время для работы астронавтов вдали от лунных баз. Только новостной портал первым расскажет о событиях дня.
Магнитное поле древней Луны защитило молодую Землю от Солнца
Обитаемость планет зависит от многих факторов, в том числе и от наличия постоянного и достаточно сильного магнитного поля. Оно генерируется благодаря движению жидкости в раскаленном ядре планеты (это называют динамо-эффектом) и помогает удерживать атмосферу от убегания в космос под воздействием потока заряженных частиц, идущего от звезд.
Современные исследования говорят о том, что магнитное поле Земли существовало, как минимум, 3,5 миллиарда лет назад, а более смелые оценки допускают, что и 4,2 миллиарда лет назад. Однако, как показывают модели, оно было примерно вполовину слабее современного, а о его поведении в прошлом известно мало. При этом молодое Солнце, несмотря на меньшую яркость, должно было переживать достаточно мощные вспышки, которые могли бы разрушить газовую оболочку нашей планеты. Тем не менее, даже в этих условиях Земля смогла сохранить атмосферу.
Помочь в этом ей могло магнитное поле Луны, считают Джеймс Грин (James Green) из NASA и его коллеги. Сегодня у Луны нет дипольного поля, но так было не всегда. Долгое время его недра оставались горячими, что позволяло возникать динамо-эффекту, и следы этого процесса сохранились в образцах местных пород. По оценкам, в период между 4,25 и 3,5 миллиарда лет назад индукция магнитного поля Луны колебалась от 20 до 100 микротесла, а 3,2 миллиарда лет назад это значение упало до 5 микротесла.
Кроме того, в прошлом Луна находилась намного ближе к Земле, всего в 130 тысячах километров (для сравнения, сегодня расстояние составляет 385 тысяч километров), что позволяло магнитным полям двух небесных тел взаимодействовать. В новой работе ученые рассмотрели, каким именно могло быть это взаимодействие и как оно влияло на Землю, и провели моделирование взаимодействия магнитосферы Земли и Луны.
Взаимодействие магнитных полей Луны и Земли
Сложные отношения: Луна, солнечный ветер и магнитосфера Земли
Солнце не только источник тепла и света. Излучение звезды содержит ионизирующие гамма-лучи, а также быстрые заряженные частицы, которые разрушают материю. Во время вспышек солнечной активности потоки ионизирующих частиц «сдувает» в космос, и мощные порывы солнечного ветра с бешеной скоростью летят в сторону Земли.
Поверхность планеты и все живое на ней защищены от вредного воздействия солнечного ветра магнитосферой — магнитным полем Земли, которое отклоняет заряженные частицы. Когда планета находится между Солнцем и Луной, наш естественный спутник попадает в хвост магнитосферы Земли, и солнечная радиация минует лунную поверхность. Это случается во время полнолуния и длится примерно четверть земных суток.
Знания об уровне солнечной радиации на поверхности Луны крайне важны, ведь космические агентства готовятся к экспедициям на спутник Земли с участием астронавтов. Среди дерзких планов ученых — строительство ускорителя частиц на лунной поверхности. Обслуживание подобной установки потребует постоянного присутствия людей, которых нужно защитить от воздействия солнечных ветров.
Ранее ученые обнаружили, что на расстоянии 1,3 миллиона километров от Земли солнечный ветер может вызвать колебания хвоста магнитосферы. Расстояние от Земли до Луны примерно в 3 раза меньше, однако новое исследование, опубликованное в Geophysical Research: Space Physics, показало, что некоторые солнечные вспышки могут влиять на магнитосферу и на этих дистанциях.
Луна имеет магнитное сердце
Ученые считают, что они раскрыли тайну того, почему собранные астронавтами НАСА Аполлон породы намагничиваются.
В отличие от Земли, Луна не имеет глобального магнитного поля, по крайней мере, не в настоящее время.
Но ученые предположили, что у Луны, несмотря на то, что она имеет только 1 процент массы Земли, есть перемещающееся расплавленное металлическое ядро, которое может генерировать глобальное магнитное поле.
Другие исследователи не так уверены. Они подозревают, что лунный грунт приобрел магнитное поле от проходящих астероидов и других объектов, которые породили короткоживущую, но постоянно повторяющуюся электрически заряженную плазму.
Внутреннее строение Луны
Однако новое исследование доказывает, что Луна имела не только магнитное сердце, но что оно «билось» сильнее, чем ядро Земли сейчас.
Исследование, основанное на повторном анализе образцов Аполлона, в сочетании с данными, собранными целым рядом орбитальных автоматических зондов, вызывает вопрос о том, как токопроводящая жидкость появилась в ядре Луны, создавая так называемое динамо, которое сгенерировало глобальное магнитное поле.
Вайсу и его коллегам также любопытно, почему поле так внезапно исчезло.
Их анализ показывает, что Луна обладала динамо-приводящим магнитным полем от 4,2 до 3,6 миллиардов лет назад.
Дополнительный анализ, направленный на изучение направления выравнивания электронов, может помочь ученым вычислить, перемешалось ли динамо под действием изменения угла вращения Луны или были задействованы другие факторы.
«Возможно, каждый раз, когда Луна подвергалась сильному столкновению, происходил крупный разворот и северный полюс перемещался в другое место», – сказал Вайс.
Исследование, опубликованное в прошлом году, показало, что магнитное поле Луны существовало дольше, чем считалось ранее, пережив период тяжелого кратерирования. Это должно исключить из возможных причин исчезновения магнитного поля столкновение с крупными объектами.
Другая гипотеза состоит в том, что гравитационное воздействие Земли, возможно, разделило твердую мантию Луны и расплавленное ядро, содержащее токопроводящую жидкость.
Луна играет важную роль в поддержании магнитного поля Земли
агнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряженных частиц и излучения, которые приходят к нам от Солнца. Этот щит создается стремительным движением огромного количества расплавленного железа во внешнем ядре Земли (геодинамо). Для того, чтобы магнитное поле сохранилось до наших дней, в классической модели предусматривается охлаждение ядра на 3000 градусов по Цельсию в течение последних 4,3 миллиардов лет.
Однако, группа исследователей из Национального центра научных исследований Франции и Университета Блеза Паскаля сообщили, что температура ядра упала всего на 300 градусов. Действие Луны, игнорирующееся ранее, компенсировало разницу температур и поддерживало геодинамо. Работа опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Классическая модель формирования магнитного поля Земли породила парадокс. Для того, чтобы геодинамо работало, Земля должна была быть полностью расплавленной 4 миллиарда лет назад, а ее ядро должно было медленно охладится от 6800 градусов в тот момент до 3800 градусов сегодня. Но недавнее моделирование ранней эволюции внутренней температуры планеты вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов не поддерживают такого охлаждения. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.
Земля имеет слегка приплюснутую форму и наклонную ось вращения, которая качается вокруг полюсов. Ее мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может постоянно стимулировать движение расплавленного железа во внешнем ядре, что в свою очередь генерирует магнитное поле Земли. Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.
Поскольку ни вращение Земли вокруг совей оси, ни направление оси, ни орбита Луны не регулярны, их совокупный эффект является неустойчивым и может вызывать колебания в геодинамо. Этот процесс может объяснить некоторые тепловые импульсы во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли.
Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.
