Znanstvenici su desetljećima tvrdili da se sustav Zemlja i Mjesec stvorio kao rezultat sudara Zemlje i objekta veličine Marsa prije otprilike 4,5 milijardi godina. Poznata 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 tijekom svoje rane povijesti Mjesec imao magnetosferu - slično kao što to čini Zemlja danas.
Međutim, nova studija koju su predvodili istraživači s MIT-a (uz podršku koju pruža NASA) pokazuje da je u jednom trenutku Mjesečevo magnetsko polje moglo biti jače od Zemljine. Također su mogli staviti čvršća ograničenja kad to polje bude prodrlo, tvrdeći da će se to dogoditi prije otprilike milijardu godina. Ovi su nalazi pomogli razriješiti misteriju mehanizma koji je s vremenom pokretao Mjesečevo magnetsko polje.
Studija, koja se nedavno pojavila u časopisu Napredak znanosti, vodio je Saied Mighani, eksperimentalni fizičar stijena s MIT-ovog odjela za Zemlju, Atmosferu i Planetarne znanosti. Pridružili su mu se članovi Berkeley centra za geohronologiju na UC Berkeley i Kineskog sveučilišta za geoznanost, a dodatnu podršku pružio je poznati profesor EAPS-a, dr. Benjamin Weiss.
Da bismo ponovno sagledali Zemljino magnetsko polje, neophodno je za život kakav ga poznajemo. Kada dođu čestice sunčevog vjetra dođu do Zemlje, one se odbacuju po ovom polju i tvore lučni udar ispred Zemlje i magnetotail iza njega. Preostale čestice se talože na magnetskim polovima gdje međusobno djeluju s našom atmosferom, zbog čega se Aurore vide na krajnjoj sjevernoj i južnoj hemisferi.
Da nije bilo ovog magnetskog polja, Zemljina bi atmosfera bila polako uklonjena solarnim vjetrom tijekom milijardi godina i bila bi hladna, suha. Vjeruje se da se to dogodilo na Marsu, gdje je nekad gusta atmosfera bila osiromašena prije 4,2 i 3,7 milijardi godina, a sva tekuća voda na njenoj površini je ili izgubljena ili zamrznuta kao rezultat.
Tijekom godina, Weissova skupina pomagala je demonstrirati proučavanje mjesečevih stijena da je prije otprilike 4 milijarde godina, Mjesec također imao snažno magnetsko polje jačine oko 100 mikrotesla (dok Zemlja danas ima oko 50 mikrotesla). U 2017. godini proučavali su uzorke prikupljene od astronauta Apolona koji su datirani prije otprilike 2,5 milijardi godina i pronašli znatno slabije polje (manje od 10 mikrotesla).
Drugim riječima, Mjesečevo magnetsko polje oslabilo je za faktor pet između 4 i 2,5 milijardi godina, a zatim je u potpunosti nestalo prije otprilike milijardu godina. Tada su Weiss i njegovi kolege teoretizirali da možda u Mjesečevoj unutrašnjosti postoje dva dinamo mehanizma koji su bili odgovorni za ovu promjenu.
Ukratko, tvrdili su da bi prvi dinamov efekt mogao stvoriti mnogo jače magnetsko polje prije oko 4 milijarde godina. Potom ga je prije 2,5 milijardi godina zamijenio drugi dinamo, koji je bio dugovječniji, ali je održavao znatno slabije magnetsko polje. Kao što je dr. Weiss objasnio u MIT News release:
"Postoji nekoliko ideja koji su mehanizmi pokretali lunarni dinamo, a pitanje je kako shvatiti koji je to učinio? Ispada da svi ti izvori energije imaju različit životni vijek. Dakle, ako biste mogli shvatiti kada se dinamo isključio, mogli biste razlikovati mehanizme koji su predloženi za lunarni dinamo. To je bila i svrha ovog novog rada. "
Do sada je glavni izazov bio dobivanje mjesečevih stijena starih manje od 3 milijarde godina. Razlog za to ima veze s činjenicom 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 astronauta Apolona koji su nastali udarcem prije milijardu godina.
Dok su se te stijene rastopile i potom ponovo učvrstile, čime su izbrisali svoj magnetski zapis u procesu, tim je mogao izvršiti testove na njima kako bi rekonstruirao svoj magnetski potpis. Prvo, oni su analizirali orijentaciju elektrona stijene, što Weiss opisuje kao "male kompase", jer bi se ili poravnali u smjeru postojećeg magnetskog polja ili bi se pojavili u slučajnim orijentacijama u nedostatku jednog.
U oba je uzoraka tim promatrao posljednji, što je sugeriralo da se stijene formiraju u izuzetno slabom magnetskom polju od najviše 0,1 mikroteslasa (možda uopće nijednog). Uslijedila je radiometrijska tehnika datiranja koju su za ovu studiju prilagodili Weiss i David L. Shuster (istraživač i koautor studije iz Berkeley Geochronology Center). Ovi rezultati potvrdili su da su stijene stare zaista milijardu godina.
Konačno, tim je izvršio ispitivanja topline na uzorcima kako bi utvrdio mogu li pružiti dobar magnetski zapis u trenutku udara. To se sastojalo od stavljanja oba uzorka u pećnicu i izlaganja vrstama visokih temperatura koje bi nastale udarcem. Kad su se hladili, izložili su ih umjetno generiranom magnetskom polju u laboratoriju i potvrdili da su uspjeli to snimiti.
Ovi rezultati potvrđuju da je magnetska snaga koju je tim prvotno izmjeren tim (0,1 mikroteslasa) točna i da je prije 1 milijarde godina dinamo koji napaja Mjesečevo magnetsko polje vjerojatno završio. Kao što je Weiss izrazio:
"Magnetsko polje je to maglovita stvar koja prožima prostor, poput polja nevidljive sile. Pokazali smo da je dinamo koji je proizveo Mjesečevo magnetsko polje umro prije negdje između 1,5 i milijarde godina, a čini se da se napajao na način sličan Zemlji. "
Kao što je napomenuto, ova studija također pomaže u rješavanju rasprava oko toga što je pokretalo lunarni dinamo u kasnijim fazama. Iako su predložene više teorija, ova su nova otkrića u skladu s teorijom da je kristalizacija jezgre odgovorna. U osnovi, ova teorija kaže da se Mjesečeva unutarnja jezgra kristalizirala tijekom vremena, usporavajući protok električno nabijene tekućine i zaustavljajući dinam.
Weiss sugerira da je prije toga precesija možda bila odgovorna za napajanje mnogo jačeg (ali kratkotrajnog) dinamoma koji bi stvorio jako magnetsko polje. To je u skladu s činjenicom da se prije 4 milijarde godina smatralo da je Mjesec orbitirao mnogo bliže Zemlji. To bi rezultiralo time da bi gravitacija Zemlje imala daleko veći utjecaj na Mjesec, uzrokujući da njegov plašt nestaje i uzbuđuje aktivnost u jezgri.
Kako je Mjesec polako migrirao dalje od Zemlje, učinak precesije se smanjivao, a dinamo koji stvara magnetsko polje oslabio bi. Prije otprilike 2,5 milijardi godina, kristalizacija je postala dominantan mehanizam nastavka lunarnog dinamota, proizvodeći slabije magnetsko polje koje je postojalo dok se vanjska jezgra konačno nije kristalizirala prije milijardu godina.
Studije poput ove također bi mogle pomoći razriješiti misteriju zašto su planete poput Venere i Marsa izgubile magnetska polja (doprinoseći kataklizmičkim klimatskim promjenama) i kako bi Zemlja jednog dana mogla izgubiti svoje. S obzirom na važnost njegove useljivosti, veće razumijevanje dinamova i magnetskog polja moglo bi također pomoći u potrazi za egzoplanetima koji su useljivi.
