Sin dall'era Apollo, gli scienziati hanno saputo che la Luna aveva una sorta di campo magnetico in passato, ma non ne ha uno adesso. Nuovi studi su campioni lunari di Apollo rispondono ad alcune di queste domande, ma creano anche molte altre domande a cui rispondere.
I campioni lunari restituiti dalle missioni Apollo mostrano prove di magnetizzazione. Le rocce vengono magnetizzate quando vengono riscaldate e quindi raffreddate in un campo magnetico. Mentre si raffreddano al di sotto della temperatura di Curie (circa 800 gradi C, a seconda del materiale), le particelle metalliche nella roccia si allineano lungo i campi magnetici ambientali e si congelano in quella posizione, producendo una magnetizzazione residua.
Questa magnetizzazione può anche essere misurata dallo spazio. Studi condotti da satelliti in orbita mostrano che la magnetizzazione della Luna si estende ben oltre le regioni campionate dagli astronauti dell'Apollo. Tutta questa magnetizzazione significa che la Luna deve aver avuto un campo magnetico ad un certo punto della sua storia antica.
La maggior parte dei campi magnetici che conosciamo nel Sistema Solare sono generati da una dinamo. Fondamentalmente, ciò comporta la convezione in un nucleo liquido metallico, che sposta efficacemente gli elettroni degli atomi di metallo, creando una corrente elettrica. Questa corrente induce quindi un campo magnetico. Si ritiene che la convezione stessa sia guidata dal raffreddamento. Man mano che il nucleo esterno si raffredda, le parti più fredde affondano verso l'interno e consentono alle sezioni interne più calde di spostarsi verso l'esterno verso l'esterno.
Poiché la Luna è così piccola, si prevede che una dinamo magnetica guidata dal raffreddamento convettivo si sia arrestata da circa 4,2 miliardi di anni fa. Quindi, l'evidenza della magnetizzazione dopo questo tempo avrebbe bisogno di 1) una fonte di energia diversa dal raffreddamento per guidare il movimento di un nucleo liquido, o 2) un meccanismo completamente diverso per creare campi magnetici.
Esperimenti di laboratorio hanno suggerito uno di questi metodi alternativi. Grandi impatti che formano bacini potrebbero produrre campi magnetici di breve durata sulla Luna, che verrebbero registrati nei materiali caldi espulsi durante l'evento di impatto. In effetti, alcune osservazioni sulla magnetizzazione si trovano sul lato opposto della Luna (l'antipode) da grandi bacini.
Quindi, come puoi sapere se la magnetizzazione in una roccia è stata formata da una dinamo centrale o da un evento di impatto? Bene, i campi magnetici indotti dall'impatto durano solo circa 1 giorno. Se una roccia si raffreddasse molto lentamente, non registrerebbe un campo magnetico di così breve durata, quindi qualsiasi magnetismo che trattiene deve essere stato prodotto da una dinamo. Inoltre, le rocce che sono state coinvolte negli impatti mostrano prove di shock nei loro minerali.
Un campione lunare, il numero 76535, che mostra segni di raffreddamento lento e nessun effetto di shock, ha una magnetizzazione residua distinta. Questo, insieme all'età del campione, suggerisce che la Luna avesse un nucleo liquido e un campo magnetico generato dalla dinamo 4,2 miliardi di anni fa. Tale dinamo centrale è coerente con il raffreddamento convettivo. Ma cosa succede se ci sono campioni più giovani?
Nuovi studi recentemente pubblicati su Science da Erin Shea e dai suoi colleghi suggeriscono che questo potrebbe essere il caso. Shea, una studentessa laureata al MIT, e il suo team hanno studiato il campione 10020, un basalto di mare di 3,7 miliardi di anni riportato dagli astronauti dell'Apollo 11. Hanno dimostrato che il campione 10020 non mostra prove di shock nei suoi minerali. Hanno stimato che il raffreddamento del campione ha richiesto più di 12 giorni, il che è molto più lento della durata di un campo magnetico indotto da impatto. E hanno scoperto che il campione è fortemente magnetizzato.
Dai loro studi, la sig.ra Shea e i suoi colleghi concludono che la Luna aveva una forte dinamo magnetica, e quindi un nucleo metallico mobile, circa 3,7 miliardi di anni fa. Questo è ben dopo il momento in cui una dinamo di raffreddamento convettivo si sarebbe spenta. Non è chiaro, tuttavia, se la dinamo è stata continuamente attiva da 4,2 miliardi di anni fa, o se il meccanismo che ha spostato il nucleo liquido era lo stesso a 4,2 e 3,8 miliardi di anni. Quindi, quali altri modi ci sono per mantenere in movimento un nucleo liquido?
Recenti studi condotti da un gruppo di scienziati francesi e belgi, guidati dal Dr. Le Bars, suggeriscono che grandi impatti possono sbloccare la Luna dalla sua rotazione sincrona con la Terra. Ciò creerebbe maree nel nucleo liquido, proprio come gli oceani della Terra. Queste maree centrali causerebbero distorsioni significative al confine tra nucleo e mantello, che potrebbero guidare flussi su larga scala nel nucleo, creando una dinamo.
In un altro recente studio, il Dr. Dwyer e colleghi hanno suggerito che la precessione dell'asse di rotazione lunare potrebbe mescolare il nucleo liquido. La vicinanza della Luna antica alla Terra avrebbe fatto vacillare l'asse di rotazione della Luna. Questa precessione provocherebbe diversi movimenti nel nucleo liquido e nel mantello solido sovrastante, producendo una agitazione meccanica di lunga durata (più di 1 miliardo di anni) del nucleo. Il dottor Dwyer e il suo team stimano che una tale dinamo si spegnerebbe naturalmente circa 2,7 miliardi di anni fa quando la Luna si allontanasse dalla Terra nel tempo, diminuendo la sua influenza gravitazionale.
Sfortunatamente, il campo magnetico suggerito dallo studio del campione 10020 non corrisponde a nessuna di queste possibilità. Entrambi questi modelli fornirebbero campi magnetici che sono troppo deboli per aver prodotto la forte magnetizzazione osservata nel campione 10020. Sarà necessario trovare un altro metodo per mobilitare il nucleo liquido della Luna per spiegare queste nuove scoperte.
fonti:
Una dinamo lunare a vita lunga. Shea, et al. Science 27, gennaio 2012, 453-456. DOI: 10.1126 / science.1215359.
Una dinamo lunare di lunga durata guidata da una continua agitazione meccanica. Le Bars et al. Nature 479, novembre 2011, 212-214. DOI: 10.1038 / nature10564.
Una dinamo guidata dagli impatti per la prima luna. Dwyer et al. Natura 479, novembre 2011, 215-218. DOI: 10.1038 / nature10565.
