Blev månen magnetiseret af stødplasmaer?

Månen, Kviksølv og mange meteoritforældrelegemer indeholder en magnetiseret skorpe, som almindeligvis krediteres en gammel kernedynamo. En langvarig alternativ hypotese antyder forstærkningen af ​​det interplanetariske magnetfelt og det inducerede felt af skorpen (skorpefelt) via plasma genereret gennem meteoroid-nedslag. I en ny rapport, der nu er offentliggjort den Videnskabens fremskridt , Rona Oran og et forskerhold i Institut for Jord- og Planetvidenskab, Geovidenskab og rumvidenskab i USA, Tyskland og Australien viste, at selvom stødplasmaer forbigående kan forbedre feltet inde i månen, de resulterende felter var mindst tre størrelsesordener for svage til at forklare magnetiske anomalier i måneskorpen. Holdet brugte magnetohydrodynamiske og nedslagssimuleringer sammen med analytiske forhold i dette arbejde for at vise, at kernedynamoen (og ikke plasmaer genereret af asteroide-nedslag) er den eneste mulige kilde til magnetisering på månen.

Månedynamoen og måneskorpen

De induktivt genererede magnetiske felter i et flydende planetarisk indre genereres via dynamoprocessen. Månen mangler i øjeblikket et kerne-dynamomagnetfelt, men fra Apollo-æraen, videnskabsmænd har vist, at måneskorpen indeholdt restmagnetisering. Ifølge undersøgelser, magnetiseringsfeltet nåede sandsynligvis titusindvis af mikroteslaer for mere end 3,56 milliarder år siden, imidlertid, oprindelsen af ​​de stærkeste måneskorpe-anomalier og deres kilde til magnetisering forbliver langvarige mysterier. Tidligere undersøgelser antyder eksistensen af ​​en fundamentalt anderledes ikke-konvektiv dynamomekanisme på månen.

Mere specifikt, hyperhastigheden som følge af asteroide-nedslag kan fordampe og ionisere måneskorpematerialer for direkte at frigive plasma til vinden. Da de stærkeste og største anomalier i måneskorpen er direkte placeret ved antipoderne (geografiske steder) af fire unge store bassiner, forskere antager, at stødplasmaer har opslugt månen og komprimeret det interplanetariske magnetfelt (IMF) for at forårsage et forstærket skorpefelt ved antipoden. Oran et al. adresserede de eksisterende huller ved at introducere selvkonsistent modellering af post-impact plasmaer og magnetiske felter for at forklare feltdiffusion og -dissipation inde i månen - sammen med reviderede analytiske overvejelser. For at opnå dette, holdet kombinerede stødfysiske simuleringer af bassinudgravning og dampgenerering med magnetohydrodynamiske (MHD) simuleringer.

Forskerne brugte chokfysikkoden iSALE-2-D til at udføre stødbassindannende simuleringer, et multimateriale, multireologisk kode i to dimensioner (2-D). De kørte også 3-D MHD (magnetohydrodynamisk) simuleringer inklusive månens interaktion, solvinden og dampen. Under MHD-simuleringer, Oran et al. brugte Block Adaptive Tree Solar-Wind Roe Upwind Scheme (forkortet BATS-R-US) koden, i stand til at modellere magnetfeltudviklingen inde i resistive legemer. De fokuserede derefter på månens Imbrium-bassin - også kendt som højre øje på den sagnomspundne mand i månen; dannet via en asteroide- eller protoplanetkollision. Den antipodale region af Imbrium indeholder i øjeblikket nogle af de stærkeste magnetiske anomalier observeret fra kredsløb. De simulerede den impactor-baserede bassindannelsesmetode, herunder dampdannelse og bassinudgravning. Simulationens ekspanderende stødplasma skabte et magnetisk hulrum og forstærkede det interplanetariske magnetfelt (IMF) ved dets periferi, får IMF båret af vinden til at hobe sig op mod dampen.

Undersøgelse af parameterrummet for forskellige påvirkningsscenarier

I første omgang, månens modstandsdygtige ydre lag ødelagde den magnetiske flux med en hastighed, der kan sammenlignes med dampudvidelseshastigheden. Denne hastighed af tab af magnetfeltet var i overensstemmelse med teoretiske skøn, der bidrog til at fjerne magnetisk energi fra systemet. 3D-spredningen af ​​feltet i mantelen og skorpen tillod feltet at glide rundt om kernen i stedet for at blive forankret indeni. Resultaterne indikerede ikke bevarelsen af ​​magnetisk energi eller feltkonvergens. Arbejdet indikerede endvidere, at plasmaforstærkede felter ikke kan forklare skorpemagnetisering, og den stærkeste forstærkning fandt sted langt over månens overflade. En yderligere mekanisme, der kunne have begrænset den antipodale effekt, var magnetisk genforbindelse, selvom fænomenet ikke opstod på grund af fraværet af antiparallel feltgeometri. Enhver magnetisk flux, der blev skubbet mod antipoden, forsvandt enten inde i månen eller blev drevet væk af damp.

Oran et al. simulerede syv yderligere valg for IMF (interplanetarisk magnetfelt) detektion, herunder solvindhastighed, fysiske egenskaber for påvirkningsplacering og påvirkningssky, med forskellige kombinationer af parametre. De brugte flere cases til at udforske alternative påvirkningssteder og relative orienteringer af IMF og solvindens hastighed. Den største samlede forstærkning i toppen fandt sted i tilfælde, hvor anslagsstedet og den relative orientering af IMF og solvindens hastighed var ens.

Feltforbedring på grund af dampudvidelse til solvinden

MHD (magnetohydrodynamisk) simuleringer viste, hvordan dampekspansion forstærkede det interplanetariske magnetfelt (IMF) båret af solvinden, udgør en hindring for vinden, og forårsager deacceleration og hober sig op. Kilden til den komprimerede IMF magnetiske energi indeholdt bulk kinetisk energi fra opstrømsvinden, og niveauet af forstærkning var i overensstemmelse med ophobningsområder på kometer og Venus ionosfære, mens det er lavere end IMF-kompressionsforholdet estimeret for stødplasmaer på månen. Holdet fandt også, at skorpens resistivitet er den vigtigste faktor, der hæmmer magnetfeltforstærkningen inde i månen. Magnetfeltudviklingen fandt sted på en kompleks struktur som afspejlet i simuleringerne, fører til fjernelse af flux fra skorpen og den øvre kappe, hvor måneskorpen effektivt reducerede den magnetiske energi ved eksponering for et magnetisk hulrum. Dette uventede resultat skyldtes dampekspansion, der opstod efter stød, får det indkommende interplanetariske magnetfelt til at ændre retning og gradvist magnetisk isolere månen fra det interplanetariske magnetfelt.

Den anslagsforstærkede magnetfelthypotese er et førende alternativ til en kernedynamo-oprindelse af jordskorpemagnetisering i månen og andre interplanetariske legemer. Imidlertid, dette arbejde viste, hvordan sådanne felter er for svage til at forklare de stærke måneskorpeanomalier og palæointensiteter af Apollo-prøver. Oran et al. Støt derfor forslaget om månens paleomagnetisme som en registrering af dynamohandling på månen. Anslagsplasmaer kan stadig være en levedygtig mekanisme til at magnetisere nogle områder af skorpen, hvis de dannes i nærværelse af et allerede eksisterende kerne-dynamofelt på månen, sådanne vekselvirkninger mangler at blive yderligere undersøgt med magnetohydrodynamiske simuleringer.

© 2020 Science X Network