Znanstveniki že desetletja trdijo, da se je sistem Zemlja-Luna oblikoval kot rezultat trka med Zemljo in objektom velikosti Marsa pred približno 4,5 milijarde let. Znana kot hipoteza velikanskih vplivov, ta teorija razlaga, zakaj sta Zemlja in Luna po zgradbi in sestavi podobni. Zanimivo je, da so znanstveniki tudi ugotovili, da je Luna v svoji zgodnji zgodovini imela magnetosfero - podobno kot Zemlja danes.
Vendar pa nova raziskava, ki so jo vodili raziskovalci na MIT (s podporo NASA), kaže, da je bilo nekoč Lunovo magnetno polje v resnici močnejše od Zemljinega. Prav tako so lahko postavili strožje omejitve, ko bo to področje prodrlo, in trdili, da bi se to zgodilo pred približno 1 milijardo let. Te ugotovitve so pomagale razrešiti skrivnost, kakšen mehanizem je sčasoma poganjal Lunovo magnetno polje.
Študija, ki se je nedavno pojavila v reviji Napredek znanosti, vodil ga je Saied Mighani, eksperimentalni fizik kamnin z MIT-ovega oddelka za zemeljske, atmosferske in planetarne znanosti. Pridružili so se mu člani Berkley Geochronology Center na UC Berkeley in Kitajska univerza za geoznanosti, dodatno podporo pa sta mu dala znana profesorica EAPS, dr. Benjamin Weiss.
Če povzamemo, je Zemljino magnetno polje bistveno za življenje, kot ga poznamo. Ko delci sončnega vetra dosežejo Zemljo, jih to polje odkloni in tvorijo lok pretres pred Zemljo in magnetotail za njim. Preostali delci se odložijo na magnetne drogove, kjer medsebojno delujejo z našo atmosfero, zaradi česar so Aurore vidne na skrajni severni in južni polobli.
Če ne bi bilo tega magnetnega polja, bi Zemljino ozračje skozi milijarde let počasi odstranjevalo sončni veter in ga postavili na hladno, suho mesto. Verjame se, da se je to zgodilo na Marsu, kjer je bilo med 4.2 in 3.7 milijardami let nekoč debelejše ozračje izčrpano, vsa tekoča voda na njegovi površini pa je bila izgubljena ali zamrznjena.
Z leti je Weissova skupina pomagala dokazati s preučevanjem lunarnih kamnin, da je Luna pred približno 4 milijardami let imela tudi močno magnetno polje s približno 100 mikroteslami (medtem ko je Zemlja danes približno 50 mikrotesla). Leta 2017 so preučevali vzorce, ki so jih zbrali astronavti Apollo, datirani pred približno 2,5 milijarde let, in našli veliko šibkejše polje (manj kot 10 mikrotesla).
Z drugimi besedami, Lunovo magnetno polje je oslabilo za faktor pet med 4 in 2,5 milijarde let, nato pa je pred približno 1 milijardo let v celoti izginilo. Takrat sta Weiss in njegovi sodelavci teoretizirala, da sta morda v Lunovi notranjosti obstajala dva mehanizma dinamo, ki sta bila odgovorna za to spremembo.
Skratka, trdili so, da bi prvi dinamov učinek lahko ustvaril veliko močnejše magnetno polje pred približno 4 milijardami let. Potem ga je pred 2,5 milijarde let nadomestil drugi dinamo, ki je bil dolgotrajnejši, vendar je imel veliko šibkejše magnetno polje. Kot je v izjavi za MIT News pojasnil dr. Weiss:
"Obstaja več idej o tem, kateri mehanizmi so poganjali lunin dinamo in vprašanje je, kako ugotoviti, kateri je to storil? Izkazalo se je, da imajo vsi ti viri energije različne življenjske dobe. Torej, če bi lahko ugotovili, kdaj se je izginil dinamo, bi lahko razločili mehanizme, ki so bili predlagani za lunarni dinamo. To je bil namen tega novega prispevka. "
Doslej je bil pridobivanje lunarnih kamnin, starih manj kot 3 milijarde let, velik izziv. Razlog za to je povezan z dejstvom, da je vulkanska aktivnost, ki je bila na Luni običajna pred 4 milijardami let, pred približno 3 milijardami let prenehala. Na srečo je ekipi MIT uspelo identificirati dva vzorca lunarne kamnine, ki sta jih pridobila astronavti Apollo, ki sta bila ustvarjena z udarcem pred 1 milijardo let.
Medtem ko so se te kamnine zaradi udarca topile in nato ponovno utrdile ter s tem izbrisale magnetni zapis v procesu, je ekipa lahko izvedla preizkuse na njih, da bi rekonstruirala njihov magnetni podpis. Najprej so analizirali orientacijo elektronov kamnine, ki jo Weiss označuje kot "majhna kompasa", saj bi se bodisi poravnali v smeri obstoječega magnetnega polja bodisi se pojavili v naključnih usmeritvah, če le-tega ne bi bilo.
V obeh vzorcih je skupina opazovala slednje, kar je nakazovalo, da so kamnine nastale v izjemno šibkem magnetnem polju, ki ne presega 0,1 mikrotesla (morda sploh nobenega). Sledila je radiometrična tehnika datiranja, ki sta jo za to študijo prilagodila Weiss in David L. Shuster (raziskovalca Geochronology Center iz Berkeleyja in soavtorja študije). Ti rezultati so potrdili, da so bile kamnine res stare 1 milijarde let.
Končno je skupina izvedla toplotne teste na vzorcih, da bi ugotovila, ali lahko v času udarca zagotovijo dober magnetni zapis. To je vključevalo postavitev obeh vzorcev v peč in izpostavitev vrstam visokih temperatur, ki bi nastale zaradi udarca. Ko so se ohladili, so jih v laboratoriju izpostavili umetno ustvarjenemu magnetnemu polju in potrdili, da so ga lahko posneli.
Ti rezultati potrjujejo, da je magnetna jakost, ki jo je ekipa izmerila na začetku (0,1 mikrotesla), natančna in da se je pred 1 milijardo let dinamo, ki napaja Lunovo magnetno polje, verjetno končal. Kot je izrazil Weiss:
"Magnetno polje je ta nebulozna stvar, ki prežema vesolje, kot nevidno silno polje. Pokazali smo, da je dinamo, ki je ustvaril lunino magnetno polje, umrl nekje med 1,5 in 1 milijardo let nazaj, in zdi se, da se napaja na zemeljski način. "
Kot rečeno, tudi ta študija pomaga razrešiti razpravo o tem, kaj je v poznejših fazah prineslo lunin dinamo. Čeprav je bilo predlaganih več teorij, so te nove ugotovitve skladne s teorijo, da je kristalizacija jedra odgovorna. V osnovi ta teorija navaja, da se je Lunovo notranje jedro sčasoma kristaliziralo, upočasnilo je pretok električno napolnjene tekočine in ustavilo dinamo.
Weiss nakazuje, da je bila pred tem precesija odgovorna za napajanje veliko močnejšega (a kratkotrajnega) dinamo, ki bi ustvaril močno magnetno polje. To je skladno z dejstvom, da je Luna pred 4 milijardami let krožila veliko bližje Zemlji. To bi povzročilo, da bi zemeljska gravitacija imela precej večji učinek na Luno, zaradi česar bi se njen plašč zvijal in vzbudil aktivnost v jedru.
Ko se je Luna počasi selila stran od Zemlje, se je učinek precesij zmanjšal in dinamo, ki ustvarja magnetno polje, bi oslabel. Pred približno 2,5 milijarde let je kristalizacija postala prevladujoč mehanizem, s katerim se je nadaljeval lunarni dinamo, pri čemer je nastalo šibkejše magnetno polje, ki je vztrajalo, dokler zunanje jedro pred milijardo let dokončno ni kristaliziralo.
Študije, kot je ta, bi lahko pomagale razrešiti tudi skrivnost, zakaj sta planeta, kot sta Venera in Mars, izgubila magnetna polja (prispevala k kataklizmičnim podnebnim spremembam) in kako bi Zemlja nekega dne lahko izgubila svoje. Glede na pomembnost bivalnosti bi lahko večje iskanje dinamov in magnetnih polj pomagalo tudi pri iskanju bivalnih eksoplanetov.
