Ayın evreleri.
Yeni bir çalışma, küçücük Ay’ın tarihinin başlarında ara sıra bir manyetik güç merkezi olabileceğini ortaya koyuyor, o zamandan beri araştırmacıları şaşırtan bir soru. NASAApollo programı, 1969’da ay örneklerini döndürmeye başladı.
NASA’nın 1968’den 1972’ye Apollo programı sırasında Dünya’ya dönen kayalar, Ay’ın tarihi hakkında ciltler dolusu bilgi sağladı, ancak aynı zamanda kalıcı bir gizemin kaynağı oldular. Kayaların analizi, bazılarının, Dünya’nın gücüyle rekabet edebilecek güçlü bir manyetik alanın varlığında oluşmuş gibi göründüğünü ortaya çıkardı. Ancak Ay boyutunda bir cismin nasıl bu kadar güçlü bir manyetik alan oluşturabileceği açık değildi.
Şimdi, Brown Üniversitesi’nden bir yerbilimci tarafından yürütülen araştırma, Ay’ın manyetik gizemi için yeni bir açıklama öneriyor. Yayınlanan çalışma, Doğa Astronomi, Ay’ın mantosu boyunca batan dev kaya oluşumlarının güçlü manyetik alanlar oluşturan bir tür iç konveksiyon üretebileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, Ay’ın tarihinin ilk milyar yılı boyunca süreçlerin aralıklı olarak güçlü manyetik alanlar üretebileceğini söylüyor.
Dünya’nın yardımcı doçentlerinden Alexander Evans, “Gezegen çekirdekleri tarafından manyetik alanların nasıl üretildiği hakkında düşündüğümüz her şey bize Ay boyutundaki bir cismin Dünya’nınki kadar güçlü bir alan oluşturamayacağını söylüyor” dedi. Brown’da çevre ve gezegen bilimleri alanında uzman ve Stanford Üniversitesi’nden Sonia Tikoo ile birlikte çalışmanın ortak yazarı. “Fakat milyarlarca yıl boyunca sürekli olarak güçlü bir manyetik alana nasıl güç sağlanacağını düşünmek yerine, belki aralıklı olarak yüksek yoğunluklu bir alan elde etmenin bir yolu vardır. Modelimiz bunun nasıl olabileceğini gösteriyor ve Ay’ın iç yapısı hakkında bildiklerimizle tutarlı.”
Gezegensel cisimler, çekirdek dinamo olarak bilinen şey aracılığıyla manyetik alanlar üretir. Yavaşça yayılan ısı, bir gezegenin çekirdeğinde erimiş metallerin konveksiyonuna neden olur. Elektriksel olarak iletken malzemenin sürekli çalkalanması, manyetik alan üreten şeydir. Yüzeyi güneşin en tehlikeli radyasyonundan koruyan Dünya’nın manyetik alanı bu şekilde oluşur.
Ay bugün bir manyetik alandan yoksundur ve çekirdeğinin modelleri, muhtemelen çok küçük olduğunu ve sürekli olarak güçlü bir manyetik alan oluşturacak konvektif kuvvetten yoksun olduğunu göstermektedir. Bir çekirdeğin güçlü bir konvektif yayıklığa sahip olması için çok fazla ısı yayması gerekir. Evans, Ay’ın ilk zamanlarında çekirdeği çevreleyen mantonun çekirdeğin kendisinden çok daha soğuk olmadığını söylüyor. Çekirdeğin ısısının gidecek bir yeri olmadığı için çekirdekte fazla taşınım yoktu. Ancak bu yeni çalışma, batan kayaların nasıl aralıklı konvektif artışlar sağlayabildiğini gösteriyor.
Bu batan taşların hikayesi Ay’ın oluşumundan birkaç milyon yıl sonra başlıyor. Tarihinin çok erken bir döneminde, Ay’ın bir erimiş kaya okyanusuyla kaplı olduğu düşünülmektedir. Geniş magma okyanusu soğumaya ve katılaşmaya başladıkça, sıvı magmadan daha yoğun olan olivin ve piroksen gibi mineraller dibe batarken, anortozit gibi daha az yoğun mineraller yüzerek kabuğu oluşturdu. Kalan sıvı magma, titanyum ve ayrıca toryum, uranyum ve potasyum gibi ısı üreten elementler açısından zengindi, bu yüzden katılaşması biraz daha uzun sürdü. Bu titanyum tabakası nihayet kabuğun hemen altında kristalleştiğinde, altındaki daha önce katılaşan minerallerden daha yoğundu. Zamanla, titanyum oluşumlar, yerçekimi devrilmesi olarak bilinen bir süreç olan, altındaki daha az yoğun manto kayasının içinden battı.
Bu yeni çalışma için Evans ve Tikoo, bu titanyum oluşumlarının nasıl batacağının dinamiklerini ve sonunda Ay’ın çekirdeğine ulaştıklarında yaratabilecekleri etkiyi modellediler. Ay’ın mevcut bileşimine ve tahmini manto viskozitesine dayanan analiz, oluşumların büyük olasılıkla 60 kilometre ve çap kadar küçük damlalara ayrılacağını ve yaklaşık bir milyar yıl boyunca aralıklı olarak batacağını gösterdi.
Araştırmacılar, bu lekelerin her biri sonunda dibe vurduğunda, Ay’ın çekirdek dinamosuna büyük bir sarsıntı vereceklerini buldu. Ay’ın kabuğunun hemen altına tünemiş olan titanyum oluşumların sıcaklığı nispeten soğuk olurdu – çekirdeğin tahmini sıcaklığından 2.600 ile 3.800 derece arasında olduğundan çok daha soğuk olurdu. Fahrenhayt. Soğuk damlacıklar battıktan sonra sıcak çekirdekle temasa geçtiğinde, sıcaklık uyuşmazlığı artan bir çekirdek konveksiyonuna neden olacaktı – Ay’ın yüzeyinde Dünya’nınki kadar veya hatta ondan daha güçlü bir manyetik alan oluşturmaya yetecek kadar.
Evans, “Bunu biraz sıcak bir tavaya düşen bir su damlası gibi düşünebilirsiniz” dedi. “Çekirdeğe dokunan gerçekten soğuk bir şeyiniz var ve aniden çok fazla ısı dışarı akabilir. Bu, çekirdekte çalkalanmanın artmasına neden olur, bu da size aralıklı olarak güçlü manyetik alanları verir.”
Araştırmacılar, Ay’ın ilk milyar yıllık varoluşu boyunca bu aşağı doğru inen olayların 100 kadarının olabileceğini ve her birinin bir yüzyıl kadar süren güçlü bir manyetik alan üretebileceğini söylüyor.
Evans, aralıklı manyetik modelin yalnızca Apollo kaya örneklerinde bulunan manyetik imzanın gücünü değil, aynı zamanda Apollo koleksiyonunda manyetik imzaların büyük ölçüde çeşitlilik gösterdiğini – bazılarının güçlü manyetik imzalara sahip olduğunu, bazılarının ise olmadığını – açıkladığını söylüyor.
Evans, “Bu model, Apollo örneklerinde gördüğümüz hem yoğunluğu hem de değişkenliği açıklayabiliyor – başka hiçbir modelin yapamadığı bir şey” dedi. “Ayrıca, bize Ay’ın erken evriminin daha iyi bir resmini veren, bu titanyum malzemenin çökmesi konusunda bize biraz zaman kısıtlaması veriyor.”
Evans, fikrin de oldukça test edilebilir olduğunu söylüyor. Bu, bu yüksek güçlü olaylar tarafından noktalanan Ay’da zayıf bir manyetik arka plan olması gerektiğini ima ediyor. Apollo koleksiyonunda bu açıkça görülmelidir. Evans, Apollo örneklerindeki güçlü manyetik imzalar ağrılı bir başparmak gibi dışarı çıkarken, daha zayıf imzaların daha az ilgi gördüğünü söylüyor.
Güçlü olanlarla birlikte bu zayıf imzaların varlığı, bu yeni fikre, sonunda Ay’ın manyetik gizemini sona erdirebilecek büyük bir destek verecekti.
Referans: Alexander J. Evans ve Sonia M. Tikoo’nun 13 Ocak 2022 tarihli “A epizodik yüksek yoğunluklu ay çekirdeği dinamo”, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-021-01574-y
