Per decenni, gli scienziati hanno sostenuto che il sistema Terra-Luna si è formato a seguito di una collisione tra la Terra e un oggetto delle dimensioni di Marte circa 4,5 miliardi di anni fa. Conosciuta come l'ipotesi dell'impatto gigante, questa teoria spiega perché la Terra e la Luna sono simili per struttura e composizione. È interessante notare che gli scienziati hanno anche determinato che durante la sua storia antica, la Luna aveva una magnetosfera, proprio come la Terra oggi.
Tuttavia, un nuovo studio condotto dai ricercatori del MIT (con il supporto fornito dalla NASA) indica che una volta, il campo magnetico della Luna potrebbe essere stato effettivamente più forte di quello terrestre. Sono stati anche in grado di porre vincoli più stretti quando questo campo si è esaurito, sostenendo che sarebbe successo circa 1 miliardo di anni fa. Questi risultati hanno contribuito a risolvere il mistero di quale meccanismo abbia alimentato il campo magnetico della Luna nel tempo.
Lo studio, che è apparso di recente sulla rivista La scienza avanza, era guidato da Saied Mighani, un fisico rock sperimentale con il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e del pianeta del MIT. A lui si sono uniti i membri del Berkeley Geochronology Center presso la UC Berkeley e la China University of Geosciences, con il supporto aggiuntivo fornito dal famoso professore EAPS, il dott. Benjamin Weiss.
Ricapitolando, il campo magnetico terrestre è essenziale per la vita così come la conosciamo. Quando le particelle di vento solare in arrivo raggiungono la Terra, vengono deviate da questo campo e formano uno shock di prua di fronte alla Terra e un magnetotail dietro di essa. Le particelle rimanenti si depositano sui poli magnetici dove interagiscono con la nostra atmosfera, causando le Aurorae osservate negli emisferi più a nord e sud.
Se non fosse stato per questo campo magnetico, l'atmosfera terrestre sarebbe stata lentamente strappata via dal vento solare nel corso di miliardi di anni e resa un luogo freddo e asciutto. Si ritiene che ciò sia accaduto su Marte, dove un'atmosfera una volta più densa si è esaurita tra 4,2 e 3,7 miliardi di anni fa e, di conseguenza, tutta l'acqua liquida sulla sua superficie è andata persa o congelata.
Nel corso degli anni, il gruppo di Weiss ha contribuito a dimostrare attraverso lo studio delle rocce lunari che circa 4 miliardi di anni fa, la Luna aveva anche un forte campo magnetico di circa 100 microteslas (mentre oggi la Terra è di circa 50 microteslas). Nel 2017, hanno studiato campioni raccolti dagli astronauti dell'Apollo che risalivano a circa 2,5 miliardi di anni fa e hanno trovato un campo molto più debole (meno di 10 microteslas).
In altre parole, il campo magnetico della Luna si è indebolito di un fattore cinque tra 4 e 2,5 miliardi di anni fa, per poi scomparire del tutto circa 1 miliardo di anni fa. All'epoca, Weiss e i suoi colleghi teorizzarono che forse c'erano due meccanismi dinamo all'interno della Luna che erano responsabili di questo cambiamento.
In breve, sostenevano che un primo effetto dinamo avrebbe potuto generare un campo magnetico molto più forte circa 4 miliardi di anni fa. Quindi, 2,5 miliardi di anni fa, fu sostituito da una seconda dinamo che era più longeva ma sosteneva un campo magnetico molto più debole. Come ha spiegato il Dr. Weiss in un comunicato stampa del MIT:
“Ci sono diverse idee su quali meccanismi hanno alimentato la dinamo lunare, e la domanda è: come capisci quale è stato? Si scopre che tutte queste fonti di energia hanno vite diverse. Quindi, se potessi capire quando la dinamo si è spenta, allora potresti distinguere tra i meccanismi che sono stati proposti per la dinamo lunare. Questo era lo scopo di questo nuovo documento. "
Fino ad ora, ottenere rocce lunari che hanno meno di 3 miliardi di anni è stata una grande sfida. La ragione di ciò ha a che fare con il fatto che l'attività vulcanica, che era comune sulla Luna 4 miliardi di anni fa, cessò circa 3 miliardi di anni fa. Fortunatamente, il team del MIT è stato in grado di identificare due campioni di roccia lunare ottenuti dagli astronauti dell'Apollo che sono stati creati da un impatto 1 miliardo di anni fa.
Mentre queste rocce sono state sciolte dall'impatto e poi si sono solidificate, cancellando così la loro registrazione magnetica nel processo, il team è stato in grado di eseguire test su di esse per ricostruire la loro firma magnetica. In primo luogo, hanno analizzato l'orientamento degli elettroni della roccia, che Weiss descrive come "piccole bussole" poiché si allineano nella direzione di un campo magnetico esistente o appaiono in orientamenti casuali in assenza di uno.
In entrambi i campioni, il team ha osservato quest'ultimo, il che ha suggerito che le rocce si sono formate in un campo magnetico estremamente debole di non più di 0,1 microteslas (probabilmente nessuno). Questo è stato seguito da una tecnica di datazione radiometrica che è stata adattata per questo studio da Weiss e David L. Shuster (un ricercatore del Centro di Geocronologia di Berkeley e coautore dello studio). Questi risultati hanno confermato che le rocce avevano effettivamente 1 miliardo di anni.
Infine, il team ha condotto test termici sui campioni per determinare se potevano fornire una buona registrazione magnetica al momento dell'impatto. Ciò consisteva nel posizionare entrambi i campioni in un forno ed esporli ai tipi di alte temperature che sarebbero stati creati da un impatto. Mentre si raffreddavano, li esponevano a un campo magnetico generato artificialmente in laboratorio e confermavano che erano in grado di registrarlo.
Questi risultati confermano che la forza magnetica inizialmente misurata dal team (0,1 microteslas) è accurata e che, entro 1 miliardo di anni fa, la dinamo che alimentava il campo magnetico della Luna era probabilmente terminata. Come espresso Weiss:
“Il campo magnetico è questa cosa nebulosa che pervade lo spazio, come un campo di forza invisibile. Abbiamo dimostrato che la dinamo che ha prodotto il campo magnetico lunare è morta da qualche parte tra 1,5 e 1 miliardo di anni fa e sembra essere stata alimentata in modo simile alla Terra ".
Come notato, questo studio aiuta anche a risolvere il dibattito su ciò che ha guidato la dinamo lunare nelle sue fasi successive. Sebbene siano state suggerite più teorie, questi nuovi risultati sono coerenti con la teoria secondo cui la cristallizzazione di base è responsabile. Fondamentalmente, questa teoria afferma che il nucleo interno della Luna si è cristallizzato nel tempo, rallentando il flusso di fluido caricato elettricamente e arrestando la dinamo.
Weiss suggerisce che prima di questo, la precessione avrebbe potuto essere responsabile per alimentare una dinamo molto più forte (ma di breve durata) che avrebbe prodotto il forte campo magnetico. Ciò è coerente con il fatto che, 4 miliardi di anni fa, si ritiene che la Luna abbia orbitato molto più vicino alla Terra. Ciò avrebbe portato la gravità terrestre ad avere un effetto molto maggiore sulla Luna, facendo oscillare il suo mantello e suscitando attività nel nucleo.
Man mano che la Luna migrava lentamente dalla Terra, l'effetto della precessione diminuiva e la dinamo produttrice di campi magnetici si indeboliva. Di circa 2,5 miliardi di anni fa, la cristallizzazione divenne il meccanismo dominante con cui la dinamo lunare continuava, producendo un campo magnetico più debole che persisteva fino a quando il nucleo esterno non si cristallizzava infine un miliardo di anni fa.
Studi come questo potrebbero anche aiutare a risolvere il mistero del perché pianeti come Venere e Marte hanno perso i loro campi magnetici (contribuendo al cambiamento climatico cataclismico) e di come la Terra un giorno potrebbe perdere il proprio. Considerando la sua importanza per l'abitabilità, una maggiore comprensione di dinamo e campi magnetici potrebbe anche aiutare nella ricerca di esopianeti abitabili.
