מאז עידן אפולו, מדענים ידעו כי לירח היה סוג של שדה מגנטי בעבר, אך אין לו שדה מגנטי כלשהו. ההבנה מדוע היא חשובה, מכיוון שהיא יכולה לספר לנו כיצד נוצרים שדות מגנטיים, כמה זמן הם נמשכים ואיך הם נכבים. מחקרים חדשים של דגימות ירחי אפולו עונים על חלק מהשאלות הללו, אבל הם גם יוצרים שאלות רבות נוספות שיש לענות עליהן.
דגימות הירח שהוחזרו על ידי משימות אפולו מראות עדויות למגנטיזציה. סלעים מתמגנטים כאשר הם מחוממים ואז מתקררים בשדה מגנטי. כשהם מתקררים מתחת לטמפרטורת הקורי (כ-800 מעלות צלזיוס, תלוי בחומר), החלקיקים המתכתיים בסלע מסתדרים לאורך שדות מגנטיים של הסביבה וקופאים במיקום זה, ויוצרים מגנטיזציה שארית.
ניתן למדוד מגנטיזציה זו גם מהחלל. מחקרים מלוויינים מקיפים מראים שהמגנטיזציה של הירח משתרעת הרבה מעבר לאזורים שנדגמו על ידי אסטרונאוטים של אפולו. כל המגנטיזציה הזו אומרת שלירח היה בוודאי שדה מגנטי בשלב מסוים בהיסטוריה המוקדמת שלו.
רוב השדות המגנטיים שאנו מכירים במערכת השמש נוצרים על ידי דינמו. בעיקרון, זה כרוך בהסעה בליבה נוזלית מתכתית, המניעה למעשה את האלקטרונים של אטומי המתכת, ויוצרת זרם חשמלי. זרם זה משרה שדה מגנטי. ההסעה עצמה נחשבת מונעת על ידי קירור. כאשר הליבה החיצונית מתקררת, החלקים הקרים יותר שוקעים לפנים ונותנים לחלקים הפנימיים החמים לנוע החוצה כלפי חוץ.
מכיוון שהירח כל כך קטן, דינמו מגנטי המונע על ידי קירור הסעה צפוי להיסגר זמן מה לפני כ-4.2 מיליארד שנים. אז, עדות למגנטיזציה לאחר זמן זה יצטרכו 1) מקור אנרגיה אחר מלבד קירור כדי להניע את תנועת ליבה נוזלית, או 2) מנגנון שונה לחלוטין ליצירת שדות מגנטיים.
ניסויי מעבדה הציעו שיטה חלופית אחת כזו. פגיעות גדולות היוצרות אגן עלולות לייצר שדות מגנטיים קצרי מועד על הירח, אשר יתועדו בחומרים החמים שנפלטו במהלך אירוע הפגיעה. למעשה, כמה תצפיות על מגנטיזציה ממוקמות בצד הנגדי של הירח (האנטיפוד) מאגנים גדולים.
אז איך אתה יכול לדעת אם מגנטיזציה בסלע נוצרה על ידי דינמו ליבה או אירוע פגיעה? ובכן, שדות מגנטיים המושרים על ידי השפעה נמשכים רק יום אחד. אם סלע מתקרר באיטיות רבה, הוא לא היה מתעד שדה מגנטי כל כך קצר, ולכן כל מגנטיות שהוא שומר עליו הופקה על ידי דינמו. כמו כן, סלעים שהיו מעורבים בהשפעות מראים עדות להלם במינרלים שלהם.
לדגימת ירח אחת, מספר 76535, המראה עדויות להתקררות איטית וללא השפעות הלם, יש שארית מגנטיזציה ברורה. זה, יחד עם גיל המדגם, מצביע על כך שלירח הייתה ליבה נוזלית ושדה מגנטי שנוצר בדינמו לפני 4.2 מיליארד שנים. דינמו ליבה כזה עולה בקנה אחד עם קירור הסעה. אבל, מה אם יש דגימות צעירות יותר?
מחקרים חדשים שפורסמו לאחרונה ב-Science על ידי Erin Shea ועמיתיה מצביעים על כך שאולי זה המקרה. גב' שי, סטודנטית לתואר שני ב-MIT, והצוות שלה בחנו את מדגם 10020, בזלת סוסה בת 3.7 מיליארד שנה שהוחזרה על ידי האסטרונאוטים של אפולו 11. הם הוכיחו שמדגם 10020 לא מראה שום עדות להלם במינרלים שלה. הם העריכו שהמדגם לקח יותר מ-12 ימים להתקרר, וזה הרבה יותר איטי משך החיים של שדה מגנטי שנגרם כתוצאה מהשפעה. והם גילו שהדגימה ממוגנטת מאוד.
ממחקריהם, גב' שי ועמיתיה מסיקים כי לירח היה דינמו מגנטי חזק, ולכן ליבה מתכתית נעה, לפני כ-3.7 מיליארד שנים. זה הרבה אחרי הזמן שבו דינמו קירור הסעה היה נסגר. עם זאת, לא ברור אם הדינמו היה פעיל ללא הרף מאז לפני 4.2 מיליארד שנים, או שהמנגנון שהניע את הליבה הנוזלית היה זהה לאחר 4.2 ו-3.8 מיליארד שנים. אז, אילו דרכים נוספות יש לשמור על תנועה של ליבה נוזלית?
מחקרים אחרונים של צוות מדענים צרפתים ובלגים, בראשות ד'ר לה בארס, מצביעים על כך שהשפעות גדולות יכולות לשחרר את הירח מסיבובו הסינכרוני עם כדור הארץ. זה ייצור גאות ושפל בליבה הנוזלית, בדומה לאוקיינוסים של כדור הארץ. הגאות והשפל הללו יגרמו לעיוותים משמעותיים בגבול הליבה-מעטפת, מה שעלול להניע זרימות בקנה מידה גדול בליבה, וליצור דינמו.
במחקר אחר אחרון, ד'ר דווייר ועמיתיו הציעו כי קדימות של ציר ספין הירח יכולה לעורר את הליבה הנוזלית. קרבתו של הירח המוקדם לכדור הארץ הייתה גורמת לציר הסיבוב של הירח להתנדנד. פרצסיה זו תגרום לתנועות שונות בליבה הנוזלית ובמעטפת המוצקה שמעליה, וייצר ערבוב מכני ארוך טווח (יותר ממיליארד שנים) של הליבה. ד'ר דווייר והצוות שלו מעריכים שדינמו כזה ייסגר באופן טבעי לפני כ-2.7 מיליארד שנים כשהירח מתרחק מכדור הארץ עם הזמן, ויקטין את השפעתו הגרביטציונית.
לרוע המזל, השדה המגנטי שהוצע על ידי המחקר של מדגם 10020 אינו מתאים לאף אחת מהאפשרויות הללו. שני המודלים הללו יספקו שדות מגנטיים חלשים מכדי לייצר את המגנטיזציה החזקה שנצפתה בדגימה 10020. תצטרך למצוא שיטה נוספת לגיוס הליבה הנוזלית של הירח כדי להסביר את הממצאים החדשים הללו.
מקורות:
דינמו מאריך ימים של ליבת ירח. שיאה, ועוד. מדע 27, ינואר 2012, 453-456. doi:10.1126/science.1215359 .
דינמו ירח ארוך טווח המונע על ידי ערבוב מכני מתמשך. Le Bars et al. טבע 479, נובמבר 2011, 212-214. doi:10.1038/nature10564 .
דינמו מונע פגיעה לירח המוקדם. דווייר וחב'. טבע 479, נובמבר 2011, 215-218. doi:10.1038/nature10565 .