Ziemskie bieguny magnetyczne dryfują w czasie. Muszą to uwzględnić, planując loty.
Dryfują tak bardzo, że bieguny magnetyczne znajdują się w innych lokalizacjach niż bieguny geograficzne lub oś obrotu Ziemi. Dziś magnetyczny biegun północny Ziemi znajduje się w odległości 965 kilometrów (600 mil) od bieguna geograficznego. Teraz nowe badanie mówi, że ten sam dryf masztów występuje również na Merkurym.
Ziemskie bieguny magnetyczne zakotwiczają magnetosferę naszej planety. Magnetosfera rozciąga się w przestrzeń wokół naszej planety i chroni nas przed promieniowaniem słonecznym. Magnetosfera i jej bieguny są artefaktami stopionego rdzenia Ziemi, a naukowcy sądzą, że Merkury ma również stopiony rdzeń.
Ale co dokładnie powoduje dryfowanie biegunów? Zjawisko to nazywane jest dryfem polarnym, a na Ziemi jest spowodowane zmianami przepływu stopionego żelaza w jądrze planety. Na Ziemi północny biegun magnetyczny dryfuje około 55 do 60 kilometrów (34 do 37 mil) rocznie, Południowy biegun magnetyczny dryfuje około 10 do 15 kilometrów (sześć do dziewięciu mil) każdego roku. Słupy również się odwracają, co zdarzyło się około 100 razy w historii planety.
Badanie pokazuje, że ten sam dryf polarny prawdopodobnie dzieje się na Merkurym, a historia związana z dryfem biegunów na tej planecie jest bardziej skomplikowana niż się wydaje.
Nowe badanie zostało opublikowane w czasopiśmie American Geophysical Union Journal of Geophysical Research: Planets. Jest zatytułowany „Ograniczanie wczesnej historii Merkurego i jego rdzenia dynamo poprzez badanie skorupy magnetycznej pola”. Główną autorką jest Joana S. Oliviera, astrofizyk z Europejskiego Centrum Badań Kosmicznych i Technologii Europejskiej Agencji Kosmicznej w Noordwijk.
Autorzy w dużej mierze polegali na danych zgromadzonych przez statek kosmiczny MESSENGER NASA (powierzchnia kosmiczna, środowisko kosmiczne, geochemia i zasięg). Orbitował wokół Merkurego w latach 2011-2015 i był pierwszym statkiem kosmicznym, który okrążył planetę.
Jednym z instrumentów MESSENGER był magnetometr, który szczegółowo mierzył pole magnetyczne Merkurego. Eliptyczna orbita statku kosmicznego zabrała ją na odległość 200 km nad powierzchnią. MESSENGER pozyskał dane wykazujące słabe anomalie magnetyczne na powierzchni skorupy Merkurego związane z kraterami uderzeniowymi.
Autorzy założyli, że anomalie te były spowodowane żelazem w impaktorach, które utworzyły kratery. Zakładali również, że gdy ten stopiony materiał ostygnie, zostaje ukształtowany przez pole magnetyczne Merkurego.
Naukowcy wiedzą, że gdy magmowa skała ochładza się, zachowuje zapis pola magnetycznego planety w tym czasie. Tak długo, jak skały te zawierały materiał magnetyczny, będą się zrównywać z polem planety. Nazywa się to „termoremanentnym namagnesowaniem”. Ponieważ różne skały w różnych miejscach na Ziemi ochładzały się w różnym czasie, stworzono historyczny zapis dryfujących biegunów Ziemi. W ten sposób wiemy, że bieguny Ziemi przewróciły się w przeszłości, ostatni raz prawie 800 000 lat temu.
Kluczem do tego jest termoremanentne namagnesowanie. Jak powiedziała główna autorka Oliviera w komunikacie prasowym: „Jeśli chcemy znaleźć wskazówki z przeszłości, zajmując się archeologią pola magnetycznego, skały muszą zostać namagnetyzowane termoremanentnie”.
Naukowcy byli w stanie zbadać pole magnetyczne Merkurego, ale nigdy nie pobrano próbek skał. Żaden statek kosmiczny nigdy nie wylądował na Merkurym. Aby obejść ten problem, autorzy tego badania skupili się na pięciu kraterach uderzeniowych na powierzchni oraz na danych magnetycznych zebranych przez MESSENGERa, gdy zbliżył się on do powierzchni Merkurego.
Pięć kraterów wykazywało inne sygnatury magnetyczne niż MESSENGER mierzone w całym Merkurym. Kratery te są starożytne, mają od 3,8 do 4,1 miliarda lat. Naukowcy sądzili, że mogą mieć wskazówki na temat pozycji starożytnych biegunów Merkurego i tego, jak zmieniły się one z czasem.
„Istnieje kilka modeli ewolucji planety, ale nikt nie użył skorupy ziemskiej do uzyskania ewolucji planety”, powiedział Oliveira.
Uderzenia te stopiły skałę i gdy skała ostygła, zachowała zapis pola magnetycznego planety. Wykorzystali dane magnetyczne z tych pięciu kraterów uderzeniowych do modelowania pola magnetycznego Merkurego w czasie. Na tej podstawie byli w stanie oszacować lokalizację starożytnych biegunów magnetycznych Merkurego, czyli „paleopoli”.
Ich wyniki były zaskakujące i wskazują na skomplikowaną magnetyczną naturę Merkurego. Odkryli, że starożytne bieguny były dalekie od obecnego południowego bieguna magnetycznego i prawdopodobnie zmieniły się w czasie. Tego się spodziewali. Spodziewali się jednak, że bieguny skupią się w dwóch punktach, które były blisko osi obrotu Merkurego, podobnie jak Ziemia. Ale bieguny były rozmieszczone losowo i, co szokujące, znajdowały się na południowej półkuli planety.
Jak mówi komunikat prasowy: „Paleopole nie wyrównują się z obecnym magnetycznym biegunem północnym Merkurego lub geograficznym południem, co wskazuje na przesunięcie dipolowego pola magnetycznego planety”. Dowody te potwierdzają ideę, że historia magnetyczna Merkurego różni się znacznie od ziemskiej. Wspiera również pomysł, że Merkury przesunął się wzdłuż swojej osi. To się nazywa prawdziwa wędrówka polarna, gdy zmieniają się położenia geograficzne bieguna północnego i południowego.
Podczas gdy Ziemia ma dipolarne pole magnetyczne z wyraźnym biegunem północnym i południowym, Merkury jest inny. Obecnie ma dipolarno-kwadrupolarne pole magnetyczne z dwoma biegunami i przesunięciem w równiku magnetycznym. W czasach starożytnych, według tych badań, mogła mieć tę samą dziedzinę. Lub może mieć wielobiegunowe pole ze skręconymi „liniami pola magnetycznego jak spaghetti” według Oliviera.
Właśnie za tym stoi nasza wiedza na temat linii pola magnetycznego Merkurego. To, co naukowcy naprawdę muszą zrobić, to zbadanie wielu próbek skał z Merkurego. Ale żaden statek kosmiczny nigdy tam nie wylądował i nie planuje się lądowań.
Merkury to trudne miejsce do odwiedzenia i okrążenia statku kosmicznego, a tym bardziej lądowania. Jego bliskość do Słońca oznacza, że każda misja na Merkurego musi zmagać się z potężnym przyciąganiem grawitacyjnym Słońca. Potrzeba dużo paliwa, aby zrobić znacznie więcej niż przelecieć szybko obok Merkurego, a tylko dwa statki kosmiczne kiedykolwiek odwiedziły planetę: MESSENGER i Mariner 10.
Na razie naukowcy czekają na BepiColombo, pierwszą misję ESA, aby odwiedzić Mercury. Przybędzie do Mercury w 2025 roku i spędzi tam rok lub dwa lata. To właściwie dwie orbity w jednym, ale nie ma lądownika.
Jeden z orbiterów nosi nazwę MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter). Jak sama nazwa wskazuje, jego rolą jest badanie pola magnetycznego Merkurego, które jest rzadkie wśród planet. Dane z tej misji mogą opierać się na takich badaniach, jak i rzucić więcej światła na skomplikowaną historię magnetyczną Merkurego.
Więcej:
- Informacja prasowa: starożytne pole magnetyczne Merkurego prawdopodobnie ewoluowało z czasem
- NASA: MESSENGER
- Artykuł badawczy: Ograniczanie wczesnej historii rtęci i jej rdzenia dynamo poprzez badanie skorupy magnetycznej
- Wikipedia: Eksploracja rtęci
