De maan, Mercurius en veel moederlichamen van meteorieten bevatten een gemagnetiseerde korst, die gewoonlijk wordt toegeschreven aan een oude kerndynamo. Een al lang bestaande alternatieve hypothese suggereert de versterking van het interplanetaire magnetische veld en het geïnduceerde veld van de korst (korstveld) via plasma gegenereerd door meteoroïde-inslagen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang , Rona Oran en een onderzoeksteam van de departementen Aard- en Planetaire Wetenschappen, Geowetenschappen en ruimtewetenschap in de VS, Duitsland en Australië toonden aan dat hoewel inslagplasma's het veld in de maan tijdelijk kunnen verbeteren, de resulterende velden waren minstens drie ordes van grootte te zwak om magnetische anomalieën van de maankorst te verklaren. Het team gebruikte magnetohydrodynamische en impactsimulaties naast analytische relaties in dit werk om aan te tonen dat de kerndynamo (en niet plasma's gegenereerd door asteroïde-impact) de enige mogelijke bron van magnetisatie op de maan is.

De maandynamo en maankorst

De inductief opgewekte magnetische velden in een vloeibaar planetair interieur worden opgewekt via het dynamoproces. De maan heeft momenteel geen kerndynamo-magneetveld, maar vanaf het Apollo-tijdperk, wetenschappers hebben aangetoond dat de maankorst overblijfselen van magnetisatie bevatte. Volgens onderzoeken, het magnetiserende veld bereikte waarschijnlijk meer dan 3,56 miljard jaar geleden tientallen microtesla's, echter, de oorsprong van de sterkste anomalieën van de maankorst en hun bron van magnetisatie blijven al lang bestaande mysteries. Voorafgaande studies impliceren het bestaan ​​van een fundamenteel ander niet-convectief dynamomechanisme op de maan.

Specifieker, de hypersnelheid als gevolg van asteroïde-inslagen kan materialen van de maankorst verdampen en ioniseren om plasma direct in de wind af te geven. Aangezien de sterkste en grootste anomalieën van de maankorst zich direct op de antipoden (geografische locaties) van vier jonge grote bassins bevinden, onderzoekers veronderstellen dat inslagplasma's de maan hebben overspoeld en het interplanetaire magnetische veld (IMF) hebben samengedrukt om een ​​​​versterkt aardkorstveld bij de antipode te veroorzaken. Oran et al. heeft de bestaande hiaten aangepakt door zelfconsistente modellering van post-impact plasma's en magnetische velden te introduceren om velddiffusie en dissipatie in de maan te verklaren - naast herziene analytische overwegingen. Om dit te bereiken, het team combineerde schokfysica-simulaties van bekkenuitgraving en dampgeneratie met magnetohydrodynamische (MHD) -simulaties.

De wetenschappers gebruikten de schokfysica-code iSALE-2-D om impactbassin-vormende simulaties uit te voeren, een multimateriaal, multireologiecode in twee dimensies (2-D). Ze reden ook 3D MHD (magnetohydrodynamische) simulaties, waaronder de interactie van de maan, de zonnewind en de damp. Tijdens MHD-simulaties, Oran et al. gebruikte de Block Adaptive Tree Solar-Wind Roe Upwind Scheme (afgekort BATS-R-US) code, in staat om de evolutie van het magnetische veld in resistieve lichamen te modelleren. Ze concentreerden zich toen op het Imbrium-bekken van de maan - ook bekend als het rechteroog van de legendarische man in de maan; gevormd door een botsing van een asteroïde of protoplaneet. Het antipodale gebied van het Imbrium bevat momenteel enkele van de sterkste magnetische anomalieën die vanuit een baan om de aarde zijn waargenomen. Ze simuleerden de op een impactor gebaseerde methode voor het vormen van bassins, inclusief dampopwekking en bekkenuitgraving. Het uitdijende impactplasma van de simulatie creëerde een magnetische holte en versterkte het interplanetaire magnetische veld (IMF) aan de periferie, waardoor het IMF, gedragen door de wind, zich opstapelt tegen de damp.

Bestuderen van de parameterruimte van verschillende impactscenario's

Aanvankelijk, de resistieve buitenste lagen van de maan vernietigden de magnetische flux met een snelheid die vergelijkbaar is met de snelheid van dampexpansie. Deze mate van verlies van het magnetische veld kwam overeen met theoretische schattingen die hebben bijgedragen aan het verwijderen van magnetische energie uit het systeem. Door de 3D-diffusie van het veld in de mantel en korst kon het veld rond de kern glippen in plaats van erin te worden verankerd. De resultaten wezen niet op het behoud van magnetische energie of veldconvergentie. Het werk gaf verder aan dat door plasma versterkte velden de magnetisatie van de aardkorst niet kunnen verklaren en dat de sterkste versterking ver boven het oppervlak van de maan plaatsvond. Een bijkomend mechanisme dat het antipodale effect had kunnen beperken, was magnetische herverbinding, hoewel het fenomeen niet optrad vanwege de afwezigheid van antiparallelle veldgeometrie. Elke magnetische flux die naar de antipode werd geduwd, verdween ofwel in de maan of werd door damp weggedreven.

Oran et al. gesimuleerd zeven extra keuzes voor IMF (interplanetair magnetisch veld) detectie inclusief zonnewindsnelheid, impact locatie en impact cloud fysieke eigenschappen, met verschillende combinaties van parameters. Ze gebruikten verschillende cases om alternatieve inslaglocaties en relatieve oriëntaties van het IMF en de zonnewindsnelheid te onderzoeken. De grootste algehele versterking in de top vond plaats in gevallen waar de impactlocatie en relatieve oriëntatie van het IMF en de zonnewindsnelheid vergelijkbaar waren.

Veldverbetering door dampexpansie in de zonnewind

De MHD-simulaties (magnetohydrodynamica) lieten zien hoe dampexpansie het interplanetaire magnetische veld (IMF) dat door de zonnewind wordt gedragen, versterkte. een obstakel vormen voor de wind, en het veroorzaken van de-acceleratie en ophoping. De bron van de gecomprimeerde magnetische energie van het IMF bevatte bulkkinetische energie van de stroomopwaartse wind en het niveau van versterking kwam overeen met stapelgebieden op kometen en de ionosfeer van Venus, terwijl het lager is dan de IMF-compressieverhouding geschat voor impactplasma's op de maan. Het team ontdekte ook dat de soortelijke weerstand van de korst de belangrijkste factor is die de versterking van het magnetische veld in de maan remt. De evolutie van het magnetische veld vond plaats op een complexe structuur zoals weerspiegeld in de simulaties, wat leidt tot de verwijdering van flux uit de korst en de bovenmantel, waar de maankorst de magnetische energie effectief verminderde bij blootstelling aan een magnetische holte. Dit onverwachte resultaat was te wijten aan dampexpansie die optrad na een botsing, waardoor het binnenkomende interplanetaire magnetische veld van richting verandert en de maan geleidelijk magnetisch isoleert van het interplanetaire magnetische veld.

De impact-versterkte magnetische veldhypothese is een toonaangevend alternatief voor een kerndynamo-oorsprong van aardkorstmagnetisatie in de maan en andere interplanetaire lichamen. Echter, dit werk toonde aan hoe dergelijke velden te zwak zijn om de sterke anomalieën van de maankorst en paleo-intensiteiten van Apollo-monsters te verklaren. Oran et al. steun daarom het voorstel van maanpaleomagnetisme als een verslag van dynamo-actie op de maan. Impactplasma's kunnen nog steeds een levensvatbaar mechanisme zijn om sommige delen van de korst te magnetiseren als ze worden gevormd in de aanwezigheid van een reeds bestaand kerndynamoveld op de maan, dergelijke interacties moeten nog verder worden onderzocht met magnetohydrodynamische simulaties.

© 2020 Wetenschap X Netwerk