Nincs olyan védőpajzsa, mint pl. a Földnek, amely megóvná a felszínét a rajta átsöprő napszéltől, ami folyamatosan lefújja a légkörét és elektromosan feltölti a hírhedten veszélyes porrészecskéket, a regolitot, ami a felszínt alkotja.
A tudósok számára azonban már mintegy 60 éve ismert, hogy a Hold egyes részein hirtelen mágneses tüskék jelentkeznek a mágneses mezőben, némelyikük akár tízszer erősebb is lehet, mint a környező háttér-mágnesezettség. Felfedezésük óta ezek a „holdi külső mágneses erősödések” (lunar external magnetic enhancements, LEME) fejtörést okoztak a kutatóknak, vajon mi okozza őket, és miért érnek el olyan magasra a holdfelszín fölé, hogy még az űreszközök is érzékelik őket?
A The Astrophysical Journal Letters folyóiratban megjelent új tanulmány, melyet Shu-Hua Lai és a tajvani Nemzeti Központi Egyetem munkatársai jegyeznek, most először ad magyarázatot a jelenségre. A kutatócsoport arra jutott, hogy az ok a Kelvin-Helmholtz-instabilitás egy újszerű típusa.
Mi az a Kelvin-Helmholtz-instabilitás (KHI)? Aki látott már az égen hullámokra emlékeztető felhőalakzatokat, akkor látta a Kelvin-Helmholtz-instabilitást működés közben. Ez egy alapvető fizikai folyamat, amely akkor következik be, amikor két közeg (vagy az űrben két plazmahullám) eltérő sebességgel halad el egymás mellett, úgynevezett sebességnyírást hozva létre.
A LEME-k esetében a tudósok tudták, hogy a napszél beleütközik azokba a „minimagnetoszférákba”, amelyeket a holdi regolit mágneses anyagainak felszíni anomáliái hoznak létre. Eddig azonban úgy vélték, hogy az interakció okozta KHI csak a két réteg találkozási pontjára (a határfelületre) korlátozódik. Ez azonban nem magyarázta meg, miért észleltek mágneses mezőket a felszín felett több száz kilométerre keringő űrszondák.
Mint sok fizikai jelenség, a KHI is bonyolult matematikai számításokat igényel. Dr. Shu-Hua és kollégái rájöttek, hogy a korábbi kutatások egy egyszerűsített matematikai modellt használtak annak kiszámítására, hogyan jelenik meg a KHI a határon. Ehelyett ők a jelenség úgynevezett „nemlineáris” ágát vizsgálták. Fejlettebb matematikai módszerekkel modellezték a folyamatot, ami pontosabban tükrözte azt, ami valójában történik a felszíni minimagnetoszféra és a napszél találkozásánál.
Elméletük bizonyításához nemlineáris magnetohidrodinamikai szimulációkat végeztek. Három esetet vizsgáltak, melyek mindegyike különböző napszélsebességeket reprezentált. A két nagy sebességű napszél eset „lökéshullám-dominált” KHI-t eredményezett, amely gyors, felfelé terjedő mágneses lökéshullámokat produkált. Ez pontosan egybevág az űreszközök által az évek során gyűjtött adatokkal. Azonban még kis sebességű napszél esetén is „örvény-dominált” KHI jött létre, amely a határfelület közelében a mágneses mezőt a környezeti szint 30-40-szeresére erősítette fel. Meglepő módon még ebben az örvényes állapotban is felfelé terjedtek a hullámok a sűrűbb plazmába, másodlagos hullámokat hozva létre nagy magasságokban.
A szimulációs adatok nagyon jó egyezést mutattak a Lunar Prospector szonda 1998-as méréseivel. Az eredmények tehát azt bizonyítják, hogy a KHI nemlineáris verziója képes létrehozni az adatokban látott mágneses mezőket. És az a tény, hogy a mágneses mező sokkok és örvények minden különböző típusa megmagyarázható volt a matematikai modellezés ezen javításával, bemutatja, hogyan képes egy egyszerű „finomhangolás” a matematikai modellben egy évtizedes rejtélyt megoldani.
A felfedezés nemcsak a Holdra érvényes. A kutatók megjegyzik, hogy ugyanez a mechanizmus valószínűleg a Marson is zajlik. A MAVEN szonda megfigyelései már megerősítették, hogy a KHI kialakulhat a marsi plazmakörnyezetben és a Marson is bőven akadnak a holdiakhoz hasonló kérgi anomáliák.
Ez az áttörés rávilágít arra, hogy a világűrben zajló folyamatok megértéséhez néha nem új adatokra, hanem a meglévő modellek precízebb matematikai finomhangolására van szükség. A Kelvin-Helmholtz-instabilitás nemlineáris modellje nemcsak a Hold 60 éves rejtélyét oldotta meg, hanem egy olyan univerzális eszközt adott a kutatók kezébe, amellyel a Naprendszer többi, gyenge mágneses mezővel rendelkező égitestének titkait is feltárhatjuk.
A cikk forrása: https://www.universetoday.com/articles/a-60-year-old-mystery-about-the-moons-magnetosphere-is-finally-solved
Szerző: Derekas Aliz, Tudományos főmunkatárs
ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium