Månen, Kvicksilver och många meteoritkroppar innehåller en magnetiserad skorpa, som vanligtvis krediteras en gammal kärndynamo. En långvarig alternativ hypotes antyder förstärkningen av det interplanetära magnetfältet och inducerade fältet av jordskorpan (skorpans fält) via plasma som genereras genom meteoroida nedslag. I en ny rapport som nu publiceras den Vetenskapens framsteg , Rona Oran och ett forskarteam vid institutionerna för jord- och planetvetenskap, Geovetenskap och rymdvetenskap i USA, Tyskland och Australien visade att även om slagplasma övergående kan förbättra fältet inuti månen, de resulterande fälten var åtminstone tre storleksordningar för svaga för att förklara magnetiska anomalier i månskorpan. Teamet använde magnetohydrodynamiska och effektsimuleringar tillsammans med analytiska relationer i detta arbete för att visa att kärndynamon (och inte plasma som genereras av asteroidnedslag) är den enda möjliga källan till magnetisering på månen.

Måndynamon och månskorpan

De induktivt genererade magnetfälten i ett flytande planetariskt inre genereras via dynamoprocessen. Månen saknar för närvarande ett kärndynamomagnetfält, men från Apollo-eran, forskare har visat att månskorpan innehöll restmagnetisering. Enligt studier, magnetiseringsfältet nådde sannolikt tiotals mikroteslas för mer än 3,56 miljarder år sedan, dock, ursprunget till de starkaste månskorpans anomalier och deras källa till magnetisering förblir långvariga mysterier. Tidigare studier antyder att det finns en fundamentalt annorlunda icke-konvektiv dynamomekanism på månen.

Mer specifikt, hyperhastigheten till följd av asteroidnedslag kan förånga och jonisera material från månskorpan för att direkt släppa ut plasma i vinden. Eftersom de starkaste och största anomalierna i månskorpan är direkt belägna vid antipoderna (geografiska platser) i fyra unga stora bassänger, Forskare antar att anslagsplasma har uppslukat månen och komprimerat det interplanetära magnetfältet (IMF) för att orsaka ett förstärkt jordskorpfält vid antipoden. Oran et al. åtgärdade de befintliga luckorna genom att införa självkonsekvent modellering av post-impact plasma och magnetiska fält för att förklara fältdiffusion och dissipation inuti månen - tillsammans med reviderade analytiska överväganden. För att åstadkomma detta, teamet kombinerade chockfysiksimuleringar av bassängutgrävning och ånggenerering med magnetohydrodynamiska (MHD) simuleringar.

Simulerar Imbrium-bassängen

Forskarna använde chockfysikkoden iSALE-2-D för att utföra simuleringar som bildar stötbassänger, ett multimaterial, multireologikod i två dimensioner (2-D). De körde också 3D MHD (magnetohydrodynamiska) simuleringar inklusive månens interaktion, solvinden och ångan. Under MHD-simuleringar, Oran et al. använde Block Adaptive Tree Solar-Wind Roe Upwind Scheme (förkortat BATS-R-US)-koden, kapabel att modellera magnetfältets utveckling inuti resistiva kroppar. De fokuserade sedan på månens Imbrium-bassäng – även känt som högra ögat på den sagolika mannen i månen; bildas via en asteroid- eller protoplanetkollision. Den antipodala regionen av Imbrium innehåller för närvarande några av de starkaste magnetiska anomalierna som observerats från omloppsbana. De simulerade den implikatorbaserade bassängbildningsmetoden, inklusive ånggenerering och bassänggrävning. Simulationens expanderande slagplasma skapade en magnetisk hålighet och förstärkte det interplanetära magnetfältet (IMF) vid dess periferi, vilket får IMF som bärs av vinden att hopa sig mot ångan.

Att studera parameterutrymmet för olika påverkanscenarier

I början, månens resistiva yttre skikt förstörde det magnetiska flödet med en hastighet som var jämförbar med ångexpansionshastigheten. Denna hastighet av förlust av magnetfältet överensstämde med teoretiska uppskattningar som bidrog till att avlägsna magnetisk energi från systemet. 3D-spridningen av fältet i manteln och skorpan tillät fältet att glida runt kärnan istället för att vara förankrat inuti. Resultaten indikerade inte bevarandet av magnetisk energi eller fältkonvergens. Arbetet indikerade vidare att plasmaförstärkta fält inte kan svara för jordskorpans magnetisering och den starkaste förstärkningen inträffade långt ovanför månens yta. En ytterligare mekanism som kunde ha begränsat den antipoda effekten var magnetisk återkoppling, även om fenomenet inte inträffade på grund av frånvaron av antiparallell fältgeometri. Eventuellt magnetiskt flöde som trycktes mot antipoden försvann antingen inuti månen eller fördes bort av ånga.

Oran et al. simulerade sju ytterligare val för IMF-detektering (interplanetärt magnetfält) inklusive solvindhastighet, påverkan plats och påverka molnet fysiska egenskaper, med olika kombinationer av parametrar. De använde flera fall för att utforska alternativa nedslagsplatser och relativa orienteringar av IMF och solvindens hastighet. Den största totala förstärkningen i krönet inträffade i fall där nedslagsplatsen och den relativa orienteringen av IMF och solvindens hastighet var likartade.

Fältförstärkning på grund av ångexpansion till solvinden

MHD-simuleringarna (magnetohydrodynamiska) visade hur ångexpansion förstärkte det interplanetära magnetfältet (IMF) som bärs av solvinden, utgör ett hinder för vinden, och orsakar deacceleration och stapling. Källan till den komprimerade IMF-magnetiska energin innehöll bulkkinetisk energi från uppströmsvinden och nivån av förstärkning överensstämde med upphopningsområden på kometer och Venus jonosfär, medan det är lägre än IMF-kompressionsförhållandet som uppskattats för anslagsplasma på månen. Teamet fann också att jordskorpans resistivitet är den viktigaste faktorn som hämmar förstärkningen av magnetfältet inuti månen. Magnetfältsutvecklingen inträffade på en komplex struktur som återspeglas i simuleringarna, leder till avlägsnande av flussmedel från skorpan och den övre manteln, där månskorpan effektivt minskade den magnetiska energin vid exponering för en magnetisk hålighet. Detta oväntade resultat berodde på ångexpansion som inträffade efter stöten, vilket får det inkommande interplanetära magnetfältet att ändra riktning och gradvis magnetiskt isolera månen från det interplanetära magnetfältet.

Hypotesen om anslagsförstärkt magnetfält är ett ledande alternativ till ett kärndynamoursprung för jordskorpans magnetisering i månen och andra interplanetära kroppar. Dock, detta arbete visade hur sådana fält är för svaga för att förklara de starka månskorpans anomalier och paleointensiteter hos Apollo-prover. Oran et al. stöder därför förslaget om månpaleomagnetism som ett register över dynamoverkan på månen. Slagplasma kan fortfarande vara en livskraftig mekanism för att magnetisera vissa regioner av skorpan om de bildas i närvaro av ett redan existerande kärn-dynamofält på månen, Sådana interaktioner återstår att undersöka ytterligare med magnetohydrodynamiska simuleringar.

© 2020 Science X Network