Um grande impacto poderia ter ampliado brevemente o fraco campo magnético da lua, criando um pico momentâneo que foi gravado em algumas rochas lunares.
Para onde foi o magnetismo da lua? Os cientistas ficaram intrigados com essa questão por décadas, desde que a órbita espaçonave pegou sinais de um campo magnético alto em rochas de superfície lunar. A própria lua não tem magnetismo inerente hoje.
Agora, os cientistas do MIT podem ter resolvido o mistério. Eles propõem que uma combinação de um campo magnético antigo e fraco e um grande impacto gerador de plasma possa ter criado temporariamente um forte campo magnético, concentrado no lado oposto da lua.
Em um estudo aparecendo hoje no diário Avanços científicosos pesquisadores mostram através de simulações detalhadas que um impacto, como de um grande asteróide, poderia ter gerado uma nuvem de partículas ionizadas que envolviam brevemente a lua. Esse plasma teria fluído pela lua e concentrado no native oposto a partir do impacto inicial. Lá, o plasma teria interagido e momentaneamente amplificou o fraco campo magnético da lua. Quaisquer rochas na região poderiam ter registrado sinais do magnetismo elevado antes que o campo desaparecesse rapidamente.
Essa combinação de eventos poderia explicar a presença de rochas altamente magnéticas detectadas em uma região perto do Pólo Sul, no lado distante da lua. Por acaso, uma das maiores bacias de impacto – a bacia do IMBRIUM – está localizada no native exatamente oposto no lado próximo da lua. Os pesquisadores suspeitam que o que fez esse impacto provavelmente divulgou a nuvem de plasma que iniciou o cenário em suas simulações.
“Existem grandes partes do magnetismo lunar que ainda são inexplicáveis”, diz o principal autor Isaac Narrett, um estudante de graduação do Departamento de Ciências da Terra, da Terra, atmosférica e planetária (EAPS). “Mas a maioria dos fortes campos magnéticos que são medidos pela órbita de naves espaciais pode ser explicada por esse processo – especialmente do outro lado da lua”.
Os co-autores de Narrett incluem Rona Oran e Benjamin Weiss no MIT, junto com Katarina Miljkovic na Universidade de Curtin, Yuxi Chen e Gábor Tóth na Universidade de Michigan em Ann Arbor e Elias Mansbach Phd ’24 na Universidade de Cambridge. Nuno Lourioiroprofessor de ciência e engenharia nuclear do MIT, também contribuiu com idéias e conselhos.
Além do sol
Os cientistas sabem há décadas que a lua mantém os remanescentes de um forte campo magnético. Amostras da superfície da Lua, devolvidas por astronautas nas missões Apollo da NASA das décadas de 1960 e 70, bem como medições globais da lua tiradas remotamente pela nave espacial orbitadora, mostram sinais de magnetismo remanescente nas rochas da superfície, especialmente no lado mais distante da lua.
A explicação típica para o magnetismo da superfície é um campo magnético international, gerado por um “dínamo” interno ou um núcleo de materials derretido e agitado. Hoje, a Terra gera um campo magnético através de um processo dínamo, e pensa -se que a lua uma vez pode ter feito o mesmo, embora seu núcleo muito menor tivesse produzido um campo magnético muito mais fraco que pode não explicar as rochas altamente magnetizadas observadas, principalmente no lado distante da lua.
Uma hipótese alternativa de que os cientistas testaram de tempos em tempos envolve um impacto gigante que gerou plasma, que por sua vez amplificou qualquer campo magnético fraco. Em 2020, Oran e Weiss testaram essa hipótese com simulações de um impacto gigante na lua, em combinação com o campo magnético gerado por energia photo voltaic, que é fraca à medida que se estende para a terra e a lua.
Nas simulações, eles testaram se um impacto na lua poderia amplificar um campo photo voltaic, o suficiente para explicar as medidas altamente magnéticas das rochas da superfície. Aconteceu que não foi, e seus resultados pareciam descartar os impactos induzidos por plasma, como desempenhando um papel no magnetismo ausente da lua.
Um pico e um jitter
Mas em seu novo estudo, os pesquisadores fizeram uma abordagem diferente. Em vez de contabilizar o campo magnético do sol, eles assumiram que a lua uma vez hospedava um dínamo que produzia um campo magnético próprio, embora fraco. Dado o tamanho de seu núcleo, eles estimaram que esse campo teria sido de cerca de 1 microtesla, ou 50 vezes mais fraco que o campo da Terra hoje.
A partir desse ponto de partida, os pesquisadores simularam um grande impacto na superfície da lua, semelhante ao que teria criado a bacia do IMBRIUM, no lado próximo da lua. Usando simulações de impacto de Katarina Miljkovic, a equipe simulou a nuvem de plasma que esse impacto teria gerado como força do impacto vaporizada o materials da superfície. Eles adaptaram um segundo código, desenvolvido por colaboradores da Universidade de Michigan, para simular como o plasma resultante fluiria e interagiria com o fraco campo magnético da lua.
Essas simulações mostraram que, à medida que uma nuvem de plasma surgiu do impacto, algumas delas teriam se expandido para o espaço, enquanto o resto fluía pela lua e se concentrava no lado oposto. Lá, o plasma teria comprimido e ampliado brevemente o fraco campo magnético da lua. Todo esse processo, a partir do momento em que o campo magnético foi amplificado para o momento em que ele decai de volta à linha de base, teria sido incrivelmente rápido – em algum lugar em torno de 40 minutos, diz Narrett.
Essa breve janela teria sido suficiente para as rochas vizinhas gravarem o pico magnético momentâneo? Os pesquisadores dizem, sim, com alguma ajuda de outro efeito relacionado ao impacto.
Eles descobriram que um impacto em escala de imbrio teria enviado uma onda de pressão pela lua, semelhante a um choque sísmico. Essas ondas teriam convergido para o outro lado, onde o choque teria “encaixado” as rochas circundantes, perturbando brevemente os elétrons das rochas – as partículas subatômicas que naturalmente orientam seus rotações para qualquer campo magnético externo. Os pesquisadores suspeitam que as rochas ficaram chocadas, assim como o plasma do impacto amplificou o campo magnético da Lua. Enquanto os elétrons das rochas se estabeleceram, eles assumiram uma nova orientação, de acordo com o campo magnético momentâneo.
“É como se você jogasse um deck de 52 cartas no ar, em um campo magnético, e cada carta tem uma agulha de bússola”, diz Weiss. “Quando os cartões se reúnem no chão, eles o fazem em uma nova orientação. Esse é essencialmente o processo de magnetização”.
Os pesquisadores dizem que essa combinação de um dínamo mais um grande impacto, juntamente com a onda de choque do impacto, é suficiente para explicar as rochas de superfície altamente magnetizadas da lua – particularmente no lado oposto. Uma maneira de saber com certeza é provar diretamente as rochas quanto a sinais de choque e alto magnetismo. Isso pode ser uma possibilidade, pois as rochas estão do outro lado, perto do Pólo Sul lunar, onde missões como o programa Artemis da NASA planejam explorar.
“Por várias décadas, tem havido um enigma sobre o magnetismo da lua – é de impactos ou é de um dínamo?” Oran diz. “E aqui estamos dizendo, é um pouco de ambos. E é uma hipótese testável, o que é bom.”
As simulações da equipe foram realizadas usando o MIT SuperCloud. Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA.
