Ядро-малышка, магнитное поле-гигант — Луна ломала физику. Но титан разрушил 50 лет заблуждений

Лунные камни, которые экипажи Apollo привезли на Землю полвека назад, давно ставят исследователей в тупик. По магнитным свойствам этих образцов выходило, что в прошлом у Луны долго существовало мощное магнитное поле, временами даже сильнее земного. Но рядом стоял другой аргумент: из-за небольших размеров лунного ядра поддерживать такой щит в течение длительного времени должно быть крайне сложно. Учёные из Оксфорда считают, что нашли объяснение, которое связывает оба наблюдения в одну картину, и ключом оказался титан в породах, с которыми чаще всего работали астронавты.

С начала исследований обсуждались две линии доказательств. Первая шла от самих образцов: часть пород сохраняет сильную намагниченность. Обычно это означает, что камень остывал в момент, когда вокруг действовало заметное магнитное поле, и поэтому фиксировал его в своей структуре. Вторая идея была связана с устройством Луны. Учёные учитывали оценку, согласно которой ядро Луны по размеру составляет примерно одну седьмую её радиуса. При такой геометрии трудно ожидать, что механизм, похожий на земной динамо-эффект, мог поддерживать сильное поле миллионы и сотни миллионов лет.

Новая работа предлагает вариант, где правы оказываются обе стороны, но с важной поправкой по времени. Авторы допускают, что сильное лунное магнитное поле действительно возникало, однако речь шла не о стабильном состоянии на геологических промежутках, а о коротких всплесках.

Командой руководила доцент Клэр Николс. Учёные изучили состав лунных пород типа mare basalts - базальтов, которые формируют тёмные равнины на видимой стороне Луны. Такие районы были удобны для посадок Apollo из-за сравнительно ровного рельефа, поэтому именно эти породы оказались широко представлены среди привезённых образцов.

Анализ показал зависимость между содержанием титана в этих базальтах и уровнем намагниченности. При просмотре собранных образцов выяснилось, что камни, связанные с сильным магнитным полем, содержали большие количества титана. А все образцы, где доля титана была ниже 6%, относились к группе со слабым магнитным полем.

Авторы интерпретируют эту связь так: образование высокотитановых пород и всплеск сильного магнитного поля могли иметь общий источник. По их версии, глубоко внутри Луны плавились титанонасыщенные материалы. Такой процесс, по их оценке, мог запускать генерацию очень сильного магнитного поля, но ненадолго, примерно на 5000 лет.

Николс объясняет, что образцы Apollo могли создавать систематическое смещение в выводах. Редкие эпизоды сильной намагниченности, которые длились всего несколько тысяч лет, долго воспринимались как характерные для огромного отрезка лунной истории, примерно на 0,5 млрд лет. Причина ошибки может заключаться в том, что набор пород, доставленных астронавтами, непропорционально часто включает титанонасыщенные базальты, то есть материалы, связанные с редкими всплесками сильного поля.

В результате команда приходит к выводу, что большую часть истории Луны её магнитное поле было слабым. Такой вывод лучше совпадает с ожиданиями теории динамо для тела с небольшим ядром. При этом на коротких отрезках времени, возможно даже длительностью всего в несколько десятилетий, процессы плавления титанонасыщенных пород на границе ядра и мантии могли порождать очень сильное поле.

Соавтор работы доктор Саймон Стивенсон добавляет, что теперь исследователи могут заранее предполагать, какие типы лунных образцов должны сохранять следы разных уровней магнитного поля. Будущие миссии Artemis дают возможность проверить эту гипотезу на новых местах посадки и точнее восстановить историю лунного магнитного поля.