מדוע לירח יש שדה מגנטי?
21/10/2020
לכדור הארץ שדה מגנטי גדול העוטף אותו מכל עבר. לעומתו, לירח שדה מגנטי חלש ומקומי. לאורך עשרות שנים ניסו מדענים להבין את מקורו של השדה המגנטי של הירח. כעת, מאמר חדש [1] אשר פורסם במגזין היוקרתי Science Advances, מנסה לתרום לפתרון התעלומה.
כדור הארץ, כמו פלנטות סלעיות אחרות, נוצר בדיסקה גדולה של גז ואבק שהקיפה את השמש הקדמונית. בתערובת הזו היו יסודות קלים, כמו מימן והליום - אבל גם יסודות כבדים בהרבה כמו ברזל וניקל. כשהתגבש כדור הארץ לכדי, ובכן, כדור, שקעו היסודות הכבדים יותר למרכזו בעוד היסודות הקלים יותר צפו ועלו אל פני השטח. לפיכך, בוודאי לא תופתעו לשמוע שליבתו של כדור הארץ מורכבת ברובה מיסודות כבדים כמו ברזל, ואילו הקרום והמעטפת מיסודות קלים יותר כמו פחמן. עם קריסתו המקומית של כדור הארץ לכדי כדור הומרה האנרגיה הכבידתית של אבני הבניין שלו באנרגיית חום בשל התנגשויות וחיכוך. בעוד המעטפת החיצונית של כדור הארץ הספיקה להתקרר דיה, ליבתו של כדור הארץ עדיין שומרת על החום הקדמוני שלה בטמפרטורה של אלפי ואולי אפילו עשרות אלפי מעלות, ולכן נמצאת במצב צבירה נוזלי.
הירח של כדור הארץ נוצר, ככל הנראה, בהתנגשות ענקית בין כדור הארץ לכוכב לכת נוסף בגודלו של מאדים בערך [2]. כתוצאה מההתנגשות נקרע חומר ממעטפת כדור הארץ והחל להסתחרר סביבו בדיסקה מהבילה של מאגמה רותחת. עם התקררות הדיסקה נוצרו בה גושים סלעיים קטנים שהתגבשו בהדרגה לכדי הירח שלנו. מסיבה זו שונה לחלוטין מבנה הירח הפנימי מזה של כדור הארץ. לירח כנראה אין ליבה כבדה משמעותית, שכן אבני הבניין שלו הכילו פחות יסודות כבדים מאשר אבני הבניין של כדור הארץ. בנוסף, גודלו הקטן יחסית אִפשר לליבתו הקטנה להתקרר במהירות ולהתמצק.
בכדור הארץ, הליבה הנוזלית והמתכתית פועלת כמו דינמו בשל סיבוב דיפרנציאלי (כלומר, יחסי) בין חלקה הפנימי לחיצוני. קצרה היריעה מלהרחיב על אפקטים אלו, המכונים אומגה ואלפא - אבל תוכלו לקרוא עליהם בקישור הזה [3]. בשל הזרם החשמלי העצום שמפיק הדינמו נוצר שדה מגנטי מושרה אדיר והוא שעוטף את כדור הארץ ומגן עלינו מכל מיני מרעין בישין כמו קרינה מסוכנת המגיעה מהשמש שלנו ומכוכבים רחוקים בלב הגלקסיה, וגם יוצר תופעות מרהיבות כמו זוהר הקוטב [4]. לעומת זו של כדור הארץ, ליבתו המוצקה של הירח התקררה והתעייפה זה מכבר ואינה מסוגלת לייצר שדה מגנטי בתהליך דינמו. עצוב, אבל כל הכוכבים (וכוכבי הלכת, והירחים) נופלים.
עם זאת, במשימות אפולו לירח הצליחו האסטרונאוטים למדוד שדה מגנטי משמעותי על פניו שהותיר את החוקרים מבולבלים. הבלבול התעצם כאשר משימות חלל מאוחרות יותר מצאו כי השדה המגנטי של הירח הוא מקומי מאוד - כלומר חזק במקומות מסוימים וכמעט ולא קיים במקומות אחרים. כדי להסביר את הממצאים העלו מדענים שתי תיאוריות מובילות.
לפי התיאוריה הראשונה, אם פעל בעבר הדינמו של הירח בעוצמה הוא מִגנט סלעים המכילים ברזל או חומרים פרומגנטיים אחרים. בחומרים פרומגנטיים יכולים החלקיקים המרכיבים אותם להסתדר במבנה שיאפשר קיום שדה מגנטי, המכונה שדה שיורי, זמן רב לאחר שנעלם מקורו של השדה המגנטי המקורי.
לפי התיאוריה השנייה, מקורו של השדה המגנטי השיורי בסלעי הירח הוא שילוב של רוח השמש ופגיעות מטאורים. לפי רעיון זה, בכל פעם שפוגע מטאור באדמת הירח הוא מאדה ומיינן (כלומר, טעון בחלקיקים שמטענים שלילי) סלעים. מטענים שליליים אלו פועלים ביחד עם פלזמה שמקורה ברוח השמש [5] וממגנטים את קרום הירח. רעיון זה התבסס כאשר נמצאו שדות מגנטיים באזורים המקושרים למיקומם של מכתשים גדולים שנוצרו מפגיעות מטאורים.
במאמר חדש, חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בהובלת ד"ר רונה אורן, עורכת בעמותת "מדע גדול, בקטנה", ערכו סדרת הדמיות מחשב של מבנה השדה המגנטי שהיה אמור להיווצר בשל פגיעות מטאורים באמצעות מודלים דינמיים ומגנטיים משולבים זה בזה. בהדמיות, שנערכו תחת תנאים שונים, הראו החוקרים שעוצמתו של השדה המגנטי שהיה נוצר כתוצאה מפגיעת מטאורים קטן משמעותית מהדרוש כדי להותיר שדה מגנטי שיורי בעוצמה הנמדדת כיום בקרום הירח. מסיבה זו הסיקו החוקרים שאין זה סביר שפגיעות מטאורים יכולות לשמש כמנגנון היווצרות. ניתוח נוסף של היכולת של השדות האלקטרומגנטיים לשרוד בקרום הירח הראה בסבירות גבוהה שמקור השדה השיורי אינו חיצוני לירח אלא פנימי, מה שמחזק את תיאוריית הדינמו.
למחקר זה השלכות רבות על הדרך שבה אנו מבינים את ההיסטוריה של הירח וכדור הארץ. אם מקור השדה המגנטי בקרום הירח הוא בדינמו פנימי ולא בשדות שמקורם חיצוני - כפי שמציע המחקר החדש - אזי לירח העתיק היה חום פנימי מספיק כדי להפעיל את הדינמו שלו לפרקי זמן ממושכים. נכון להיום, עדיין אין תיאוריות שיכולות להסביר במידה מספקת כיצד גוף קטן וקר כמו הירח היה מסוגל לשמור על החום הפנימי שלו למשך זמן ארוך מספיק כדי לעשות זאת. נחכה ונראה.
מקורות:
[2] איך ירח נולד?
[4] Aurora
[5] מזג אוויר חללי
פוסט דוקטורנט במחלקה למדעי כדור הארץ, סטנפורד, קליפורניה. חוקר גיאומורפולוגיה ויציבות של קרח בקטבים של כוכבי לכת במערכת השמש. לשעבר מנהל התוכן של העמותה
