|
Загадка магнитосферы Луны, наконец-то, раскрыта
|
|
|
|
Один из наиболее известных фактов о Луне заключается в том, что у нее не так много магнитосферы, о которой стоило бы говорить. Нет никакого укрытия, которое могло бы защитить его от солнечного ветра, разрушающего его поверхность, сдувающего атмосферу и заряжающего печально известными опасными частицами пыли, из которых состоит его реголит. Однако ученым уже около 60 лет известно, что в некоторых частях Луны действительно наблюдаются внезапные всплески магнитного поля, некоторые из которых в 10 раз сильнее фоновой намагниченности.
|
|
|
|
С момента своего открытия эти "внешние магнитные усиления Луны" (LEME) озадачивали исследователей — что их вызывало и почему они поднимались так высоко над поверхностью Луны, что их могли видеть космические аппараты? В новой статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, Шу-Хуа Лай и ее коллегами из Национального центрального университета на Тайване, впервые объясняется, что, вероятно, вызывает эти изменения — новый тип нестабильности Кельвина-Гельмгольца.
|
|
|
|
Если вы когда-нибудь видели в небе волнообразные облака, то вы видели нестабильность Кельвина-Гельмгольца (KHI) в действии. Это фундаментальный физический процесс, который происходит всякий раз, когда две жидкости (или, в космосе, две волны плазмы) движутся навстречу друг другу с разной скоростью, создавая так называемый сдвиг скорости. В случае с Лемесом ученые знали, что солнечный ветер врезался в эти "минимагнитосферы", созданные поверхностными аномалиями магнитного материала в лунном реголите. Но они полагали, что КХИ, вызванный этим взаимодействием, будет локализован только на границе, где они встречаются. Это не могло объяснить, почему они видели магнитные поля на космических аппаратах, находящихся в сотнях километров над поверхностью.
|
|
|
|
|
|
|
Как и многие физические явления, КХИ требует большого количества сложных математических расчетов, и доктор Шухуа и ее коллеги поняли, что, пытаясь объяснить эти теоремы, ученые использовали упрощенную математическую форму для расчета того, как КХИ будет выглядеть на границе. Вместо этого они были заинтересованы в использовании так называемой "нелинейной" ветви тех же явлений. По сути, они использовали более продвинутые математические методы для моделирования KHI таким образом, чтобы лучше отражать то, что, по их мнению, на самом деле происходило на границе между минимагнитосферой, создаваемой магнитным материалом на поверхности Луны, и солнечным ветром.
|
|
|
|
Чтобы доказать свою идею, они обратились к моделированию — в данном случае к нелинейному магнитогидродинамическому моделированию. Они создали три "Случая", каждый из которых представлял разные скорости солнечного ветра, что привело к различным типам "режимов" KHI. В двух случаях с более высокими скоростями ветра наблюдался "ударный" режим KHI, который вызывал быстрые, распространяющиеся вверх ударные волны магнитных полей, что соответствовало большей части данных, собранных космическими аппаратами на LEMEs за последние годы.
|
|
|
|
Однако даже при низких скоростях солнечного ветра созданный "вихревой" режим KHI все равно локально усиливал магнитное поле, примерно в 30-40 раз превышая уровень окружающей среды вблизи пограничного слоя. Но, что удивительно, даже в этом режиме волны от приповерхностного вихря все еще распространяются вверх в более плотную плазму, создавая вторичные волны на гораздо больших высотах.
|
|
|
|
Самое главное, что данные моделирования совпали с некоторыми реальными наблюдениями, собранными Lunar Prospector еще в 1998 году. Это доказало, что нелинейная версия неустойчивости KHI способна создавать магнитные поля того типа, который виден из данных. И тот факт, что все различные типы скачков магнитного поля и вихрей могут быть объяснены этим усовершенствованием в математическом моделировании, демонстрирует, как простое изменение подхода ученых к проблеме может приоткрыть завесу тайны, которая сохранялась десятилетиями.
|
|
|
|
Однако это исследование может быть применимо не только к Луне. Исследователи отмечают, что точно такой же механизм, вероятно, имеет место и на Марсе. Недавние наблюдения MAVEN уже подтвердили, что KHI может развиваться в среде марсианской плазмы, и существует множество аномалий марсианской коры, аналогичных лунным, которые могли бы взаимодействовать таким же образом. Таким образом, на самом деле, в дополнение к объяснению тайны 60-летней давности, эта новая модель взаимодействия плазмы KHI может дать ключ к пониманию космической среды на множестве других слабомагниченных тел по всей нашей Солнечной системе.
|
|
|
|
Источник
|
