Desetljećima su znanstvenici smatrali da je sustav Zemlja-Mjesec nastao kao rezultat sudara Zemlje i objekta veličine Marsa prije otprilike 4,5 milijardi godina. Poznato kao Hipoteza divovskog utjecaja , ova teorija objašnjava zašto su Zemlja i Mjesec slični po strukturi i sastavu. Zanimljivo je da su znanstvenici također utvrdili da je Mjesec tijekom svoje rane povijesti imao magnetosferu – slično kao i Zemlja danas.
Međutim, a nova studija pod vodstvom istraživača s MIT-a (uz potporu NASA-e) ukazuje da je u jednom trenutku Mjesečevo magnetsko polje zapravo moglo biti jače od Zemljinog. Također su mogli postaviti stroža ograničenja kada je ovo polje nestalo, tvrdeći da bi se to dogodilo prije otprilike 1 milijardu godina. Ova su otkrića pomogla razriješiti misterij o tome koji je mehanizam pokretao Mjesečevo magnetsko polje tijekom vremena.
Studija koja se nedavno pojavila u časopisuNapredak znanosti, vodio je Saied Migani, eksperimentalni fizičar stijena s MIT-a Odsjek za Zemljine, atmosferske i planetarne znanosti . Pridružili su mu se članovi Geokronološki centar Berkeley na UC Berkeley i Kineskom sveučilištu geoznanosti, uz dodatnu podršku poznatog profesora EAPS-a, dr. Benjamina Weissa.
Da ponovimo, Zemljino magnetsko polje je bitno za život kakav poznajemo. Kada dolazne čestice sunčevog vjetra stignu do Zemlje, one se odbijaju od ovog polja i tvore pramčani udar ispred Zemlje i magnetni rep iza nje. Preostale čestice se talože na magnetskim polovima gdje su u interakciji s našom atmosferom, što uzrokuje Aurora vidi se na krajnjoj sjevernoj i južnoj hemisferi.
Da nije bilo ovog magnetskog polja, Zemljina bi atmosfera bila polako razdvojena solarnim vjetrom tijekom milijardi godina i postala hladno i suho mjesto. Vjeruje se da se to dogodilo na Marsu, gdje je nekada deblja atmosfera bila iscrpljena prije između 4,2 i 3,7 milijardi godina, a zbog toga je sva tekuća voda na njegovoj površini ili izgubljena ili smrznuta.
Tijekom godina, Weissova grupa je pomogla da se kroz proučavanje lunarnih stijena pokaže da je prije otprilike 4 milijarde godina Mjesec također imao jako magnetsko polje jačine oko 100 mikrotesla (dok je Zemlja danas oko 50 mikrotesla). Godine 2017. proučavali su uzorke koje su prikupili astronauti Apolla koji su datirani prije oko 2,5 milijardi godina i pronašli su puno slabije polje (manje od 10 mikrotesla).
Drugim riječima, Mjesečevo magnetsko polje oslabilo je za faktor pet prije između 4 i 2,5 milijarde godina, a zatim je potpuno nestalo prije otprilike 1 milijardu godina. U to vrijeme, Weiss i njegovi kolege teoretizirali su da su možda dva dinamo mehanizma u Mjesečevoj unutrašnjosti odgovorna za ovu promjenu.
Mjerenja lunarnih stijena pokazala su da je drevni mjesec stvarao dinamo magnetsko polje u svojoj tekućoj metalnoj jezgri (najnutarnjoj crvenoj ljusci). Zasluge: Hernán Cañellas/Benjamin Weiss
Ukratko, tvrdili su da je prvi dinamo efekt mogao stvoriti mnogo jače magnetsko polje prije otprilike 4 milijarde godina. Zatim, prije 2,5 milijarde godina, zamijenio ga je drugi dinamo koji je bio dugovječniji, ali je izdržao puno slabije magnetsko polje. Kako je dr. Weiss objasnio na MIT-u Vijesti :
“Postoji nekoliko ideja o tome koji su mehanizmi pokretali lunarni dinamo, a pitanje je kako shvatiti koji je to učinio? Ispada da svi ovi izvori energije imaju različit vijek trajanja. Dakle, ako biste mogli shvatiti kada se dinamo isključio, onda biste mogli razlikovati mehanizme koji su predloženi za lunarni dinamo. To je bila svrha ovog novog lista.”
Do sada je dobivanje lunarnih stijena koje su starije od 3 milijarde godina predstavljalo veliki izazov. Razlog tome je činjenica da je vulkanska aktivnost, koja je bila uobičajena na Mjesecu prije 4 milijarde godina, prestala prije otprilike 3 milijarde godina. Srećom, tim MIT-a uspio je identificirati dva uzorka lunarne stijene dobivene od strane astronauta Apolla, a koja su nastala udarom prije milijardu godina.
Dok su se te stijene otopile od udarca, a zatim ponovno očvrsnule, čime su se u tom procesu izbrisali njihov magnetski zapis, tim je na njima mogao izvesti testove kako bi rekonstruirao njihov magnetski potpis. Prvo su analizirali orijentaciju elektrona stijene, koje Weiss opisuje kao 'male kompase' jer bi se ili poravnali u smjeru postojećeg magnetskog polja ili bi se pojavili u nasumičnoj orijentaciji u nedostatku jednog.
Mjesečevo kamenje iz misije Apollo 11. Zasluge: NASA
U oba uzorka, tim je promatrao potonje, što je sugeriralo da su se stijene formirale u iznimno slabom magnetskom polju od najviše 0,1 mikrotesla (možda uopće nije bilo). Slijedila je tehnika radiometrijskog datiranja koju su za ovu studiju prilagodili Weiss i David L. Shuster (istraživatelj Berkeley Geochronology Centra i koautor studije). Ovi rezultati su potvrdili da su stijene doista bile stare milijardu godina.
Konačno, tim je proveo toplinske testove na uzorcima kako bi utvrdio mogu li dati dobar magnetski zapis u trenutku udara. To se sastojalo od stavljanja oba uzorka u pećnicu i izlaganja vrstama visokih temperatura koje bi nastale udarom. Dok su se hladili, izložili su ih umjetno generiranom magnetskom polju u laboratoriju i potvrdili da su ga uspjeli snimiti.
Ovi rezultati potvrđuju da je magnetska snaga koju je tim u početku izmjerio (0,1 mikrotesla) točna i da je prije 1 milijardu godina dinamo koji je pokretao Mjesečevo magnetsko polje vjerojatno završio. Kao Weiss izrazio :
“Magnetno polje je ta magličasta stvar koja prožima prostor, poput nevidljivog polja sile. Pokazali smo da je dinamo koji je proizvodio Mjesečevo magnetsko polje umro prije negdje između 1,5 i 1 milijardu godina i čini se da je bio napajan na način poput Zemlje.”
Mjesečev otisak iz misije Apollo. Zasluge: NASA
Kao što je navedeno, ova studija također pomaže razriješiti raspravu o tome što je pokretalo lunarni dinamo u kasnijim fazama. Iako je predloženo više teorija, ovi novi nalazi su u skladu s teorijom da je odgovorna kristalizacija jezgre. U osnovi, ova teorija kaže da je Mjesečeva unutarnja jezgra s vremenom kristalizirala, usporavajući protok električno nabijene tekućine i zaustavljajući dinamo.
Weiss sugerira da je prije toga precesija mogla biti odgovorna za pokretanje puno jačeg (ali kratkotrajnog) dinamo koji bi proizveo jako magnetsko polje. To je u skladu s činjenicom da se prije 4 milijarde godina smatra da je Mjesec kružio mnogo bliže Zemlji. To bi rezultiralo da bi Zemljina gravitacija imala daleko veći učinak na Mjesec, uzrokujući ljuljanje njegovog plašta i potaknuvši aktivnost u jezgri.
Kako se Mjesec polako udaljavao od Zemlje, učinak precesije se smanjivao i dinamo koji stvara magnetsko polje bi oslabio. Prije otprilike 2,5 milijarde godina, kristalizacija je postala dominantan mehanizam kojim se Mjesečev dinamo nastavio, proizvodeći slabije magnetsko polje koje je opstalo sve dok vanjska jezgra nije konačno kristalizirala prije milijardu godina.
Ovakve studije također bi mogle pomoći u razrješavanju misterije zašto su planeti poput Venere i Marsa izgubili svoja magnetska polja (što je doprinijelo kataklizmičnim klimatskim promjenama) i kako bi Zemlja jednog dana mogla izgubiti svoja. S obzirom na njegovu važnost za nastanjivost, bolje razumijevanje dinamo i magnetskih polja također bi moglo pomoći u potrazi za nastanjivim egzoplanetima.
Daljnje čitanje: Vijesti MIT-a , Napredak znanosti
