Durante décadas, los científicos han sostenido que el sistema Tierra-Luna se formó como resultado de una colisión entre la Tierra y un objeto del tamaño de Marte hace aproximadamente 4.500 millones de años. Conocida como la hipótesis del impacto gigante, esta teoría explica por qué la Tierra y la Luna son similares en estructura y composición. Curiosamente, los científicos también han determinado que durante su historia temprana, la Luna tenía una magnetosfera, al igual que la Tierra hoy.
Sin embargo, un nuevo estudio dirigido por investigadores del MIT (con el apoyo de la NASA) indica que, en un momento, el campo magnético de la Luna pudo haber sido más fuerte que el de la Tierra. También pudieron imponer restricciones más estrictas cuando este campo se agotó, alegando que habría sucedido hace aproximadamente mil millones de años. Estos hallazgos han ayudado a resolver el misterio de qué mecanismo impulsó el campo magnético de la Luna con el tiempo.
El estudio, que apareció recientemente en la revista. Avances científicos, fue dirigido por Saied Mighani, un físico experimental de rocas del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. Se le unieron miembros del Centro de Geocronología de Berkeley en UC Berkeley y la Universidad de Geociencias de China, con el apoyo adicional proporcionado por el famoso profesor de EAPS, el Dr. Benjamin Weiss.
En resumen, el campo magnético de la Tierra es esencial para la vida tal como la conocemos. Cuando las partículas de viento solar entrante llegan a la Tierra, son desviadas por este campo y forman un choque de proa frente a la Tierra y una cola magnética detrás de él. Las partículas restantes se depositan en los polos magnéticos donde interactúan con nuestra atmósfera, lo que causa las auroras que se ven en los lejanos hemisferios norte y sur.
Si no fuera por este campo magnético, la atmósfera de la Tierra habría sido despojada lentamente por el viento solar en el transcurso de miles de millones de años y se habría convertido en un lugar frío y seco. Se cree que esto fue lo que sucedió en Marte, donde una atmósfera una vez más espesa se agotó entre 4.2 y 3.7 mil millones de años atrás y, como resultado, todo el agua líquida en su superficie se perdió o se congeló.
A lo largo de los años, el grupo de Weiss ha ayudado a demostrar a través del estudio de rocas lunares que hace aproximadamente 4 mil millones de años, la Luna también tenía un fuerte campo magnético de aproximadamente 100 microteslas en fuerza (mientras que la Tierra tiene alrededor de 50 microteslas hoy). En 2017, estudiaron muestras recolectadas por los astronautas del Apolo que databan de hace unos 2.500 millones de años y encontraron un campo mucho más débil (menos de 10 microteslas).
En otras palabras, el campo magnético de la Luna se debilitó por un factor de cinco entre 4 y 2.500 millones de años atrás, y luego desapareció por completo hace aproximadamente mil millones de años. En ese momento, Weiss y sus colegas teorizaron que quizás había dos mecanismos de dinamo en el interior de la Luna que fueron responsables de este cambio.
En resumen, argumentaron que un primer efecto dinamo podría haber generado un campo magnético mucho más fuerte hace unos 4 mil millones de años. Luego, hace 2.500 millones de años, fue reemplazado por una segunda dinamo que tenía una vida más larga pero sostenía un campo magnético mucho más débil. Como explicó el Dr. Weiss en un comunicado de prensa del MIT:
“Hay varias ideas sobre qué mecanismos impulsaron la dinamo lunar, y la pregunta es, ¿cómo se da cuenta de cuál lo hizo? Resulta que todas estas fuentes de energía tienen diferentes vidas. Entonces, si pudieras descubrir cuándo se apagó la dinamo, entonces podrías distinguir entre los mecanismos que se han propuesto para la dinamo lunar. Ese fue el propósito de este nuevo documento ".
Hasta ahora, obtener rocas lunares de menos de 3 mil millones de años ha sido un gran desafío. La razón de esto tiene que ver con el hecho de que la actividad volcánica, que era común en la Luna hace 4 mil millones de años, cesó hace aproximadamente 3 mil millones de años. Afortunadamente, el equipo del MIT pudo identificar dos muestras de roca lunar obtenidas por los astronautas del Apolo que fueron creadas por un impacto hace mil millones de años.
Mientras estas rocas se derritieron por el impacto y luego se resolidificaron, borrando así su registro magnético en el proceso, el equipo pudo realizar pruebas en ellas para reconstruir su firma magnética. Primero, analizaron la orientación de los electrones de la roca, que Weiss describe como "pequeñas brújulas", ya que se alinearían en la dirección de un campo magnético existente o aparecerían en orientaciones aleatorias en ausencia de uno.
En ambas muestras, el equipo observó la última, que sugería que las rocas se formaron en un campo magnético extremadamente débil de no más de 0.1 microteslas (posiblemente ninguna). Esto fue seguido por una técnica de datación radiométrica que fue adaptada para este estudio por Weiss y David L. Shuster (investigador del Centro de Geocronología de Berkeley y coautor del estudio). Estos resultados confirmaron que las rocas tenían de hecho mil millones de años.
Finalmente, el equipo realizó pruebas de calor en las muestras para determinar si podían proporcionar un buen registro magnético en el momento del impacto. Esto consistió en colocar ambas muestras en un horno y exponerlas a los tipos de altas temperaturas que podrían haber sido creadas por un impacto. A medida que se enfriaban, los exponían a un campo magnético generado artificialmente en el laboratorio y confirmaban que podían grabarlo.
Estos resultados confirman que la fuerza magnética medida inicialmente por el equipo (0.1 microteslas) es precisa y que hace mil millones de años, la dinamo que alimentaba el campo magnético de la Luna probablemente había terminado. Como Weiss expresó:
“El campo magnético es esta cosa nebulosa que impregna el espacio, como un campo de fuerza invisible. Hemos demostrado que la dinamo que produjo el campo magnético de la luna murió en algún lugar entre 1.5 y mil millones de años atrás, y parece haber sido alimentada de forma similar a la Tierra ".
Como se señaló, este estudio también ayuda a resolver el debate sobre lo que impulsó la dinamo lunar en sus etapas posteriores. Si bien se han sugerido múltiples teorías, estos nuevos hallazgos son consistentes con la teoría de que la cristalización del núcleo es responsable. Básicamente, esta teoría establece que el núcleo interno de la Luna cristalizó con el tiempo, ralentizando el flujo de fluido cargado eléctricamente y deteniendo la dinamo.
Weiss sugiere que antes de esto, la precesión podría haber sido responsable de alimentar una dinamo mucho más fuerte (pero de corta duración) que habría producido el fuerte campo magnético. Esto es consistente con el hecho de que hace 4 mil millones de años, se cree que la Luna orbitaba mucho más cerca de la Tierra. Esto habría resultado en que la gravedad de la Tierra tuviera un efecto mucho mayor en la Luna, haciendo que su manto se tambalee y agite la actividad en el núcleo.
A medida que la Luna se alejó lentamente de la Tierra, el efecto de la precesión disminuyó y la dinamo que produce el campo magnético se debilitaría. Hace unos 2.500 millones de años, la cristalización se convirtió en el mecanismo dominante por el cual continuó la dinamo lunar, produciendo un campo magnético más débil que persistió hasta que el núcleo externo finalmente cristalizó hace mil millones de años.
Estudios como este también podrían ayudar a resolver el misterio de por qué planetas como Venus y Marte perdieron sus campos magnéticos (contribuyendo al cambio climático catastrófico) y cómo la Tierra podría perder los suyos algún día. Teniendo en cuenta su importancia para la habitabilidad, una mayor comprensión de los dinamos y los campos magnéticos también podría ayudar en la búsqueda de exoplanetas habitables.
