Vědci po celá desetiletí tvrdili, že systém Země-Měsíc vznikl v důsledku kolize mezi Zemí a objektem velikosti Mars zhruba před 4,5 miliardami let. Tato teorie, známá jako hypotéza obřího dopadu, vysvětluje, proč jsou Země a Měsíc ve struktuře a složení podobné. Zajímavé je, že vědci také určili, že během své rané historie měl Měsíc magnetosféru - stejně jako Země dnes.
Nová studie vedená vědci na MIT (s podporou NASA) však naznačuje, že magnetické pole Měsíce mohlo být ve skutečnosti silnější než Země. Také se jim podařilo zpřísnit omezení, když se toto pole rozběhlo a tvrdilo, že by se to stalo asi před 1 miliardou let. Tato zjištění pomohla vyřešit záhadu toho, jaký mechanismus poháněl magnetické pole Měsíce v průběhu času.
Studie, která se nedávno objevila v časopise Vědecké pokroky, byl veden Saiedem Mighanim, experimentálním rockovým fyzikem s MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetetary Sciences. Připojili se k němu členové Berkeley Geochronology Center v UC Berkeley a China University of Geosciences, s další podporou poskytovanou slavným profesorem EAPS, Dr. Benjaminem Weissem.
Zkrátka, magnetické pole Země je pro život zásadní, jak jej známe. Když přicházející částice slunečního větru dosáhnou Země, jsou tímto polem odkloněny a vytvářejí úklonu před Zemí a za ní magnetickou plachtu. Zbývající částice jsou ukládány na magnetických pólech, kde interagují s naší atmosférou, což způsobuje Aurorae viděnou v dalekých severních a jižních polokoulích.
Kdyby to nebylo pro toto magnetické pole, zemská atmosféra by byla během miliard let pomalu solárním větrem odstraněna a vytvořila by chladné a suché místo. Toto je věřil tomu, co se stalo na Marsu, kde kdysi silnější atmosféra byla vyčerpána mezi 4,2 a 3,7 miliardami let a veškerá tekutá voda na jejím povrchu byla buď ztracena nebo ztuhla.
V průběhu let pomohla Weissova skupina studiem lunárních hornin, které zhruba před 4 miliardami let, měl Měsíc také silné magnetické pole o síle asi 100 mikrotů (zatímco Země je dnes kolem 50 mikrotorů). V roce 2017 studovali vzorky shromážděné astronauty Apolla, které byly datovány před asi 2,5 miliardami let, a našli mnohem slabší pole (méně než 10 mikrototes).
Jinými slovy, magnetické pole Měsíce oslabilo faktorem 5 mezi 4 a 2,5 miliardami let, poté zmizelo úplně před asi miliardou let. V té době Weiss a jeho kolegové teoretizovali, že možná uvnitř vnitřku Měsíce byly dva dynamo mechanismy, které byly zodpovědné za tuto změnu.
Stručně řečeno, argumentovali tím, že první dynamo efekt mohl vytvořit mnohem silnější magnetické pole asi před 4 miliardami let. Poté, před 2,5 miliardami let, byl nahrazen druhým dynamem, které mělo delší životnost, ale udržovalo mnohem slabší magnetické pole. Jak vysvětlil Dr. Weiss ve zprávě MIT News:
"Existuje několik nápadů, jaké mechanismy poháněly lunární dynamo, a otázkou je, jak zjistíte, který z nich to udělal?" Ukázalo se, že všechny tyto zdroje energie mají různou životnost. Pokud tedy dokážete přijít na to, když se dynamo vypne, můžete rozlišovat mezi mechanismy, které byly navrženy pro lunární dynamo. To byl účel tohoto nového papíru. “
Dosud byla těžba lunárních hornin, které jsou staré méně než 3 miliardy let, velkou výzvou. Důvodem je to, že sopečná činnost, která byla na Měsíci běžná před 4 miliardami let, přestala zhruba před 3 miliardami let. Naštěstí tým MIT dokázal identifikovat dva vzorky lunární horniny získané astronauty Apolla, které byly vytvořeny nárazem před 1 miliardou let.
Zatímco tyto horniny byly nárazem roztaveny a poté znovu ztuhlé, čímž se během procesu vymazal jejich magnetický záznam, tým byl schopen provést na nich testy, aby rekonstruoval jejich magnetický podpis. Nejprve analyzovali orientaci skalních elektronů, které Weiss popisuje jako „malé kompasy“, protože by se buď zarovnaly ve směru existujícího magnetického pole, nebo se objevily v náhodných orientacích, kdyby neexistovaly.
V obou vzorcích tým pozoroval druhý, který naznačoval, že horniny se tvořily v extrémně slabém magnetickém poli nejvýše 0,1 mikroteslasu (možná vůbec). Poté následovala radiometrická datovací technika, kterou pro tuto studii přizpůsobili Weiss a David L. Shuster (výzkumný pracovník a spoluautor studie Berkeley Geochronology Center). Tyto výsledky potvrdily, že skály byly skutečně staré 1 miliardu let.
Nakonec tým provedl tepelné testy vzorků, aby určil, zda by mohly poskytnout dobrý magnetický záznam v okamžiku nárazu. To spočívalo v umístění obou vzorků do pece a jejich vystavení druhům vysokých teplot, které by vznikly nárazem. Když se ochladili, vystavili je v laboratoři uměle vytvořenému magnetickému poli a potvrdili, že jsou schopni to zaznamenat.
Tyto výsledky potvrzují, že magnetická síla původně měřená týmem (0,1 mikroteslasu) je přesná a že před 1 miliardou let se pravděpodobně dynamo pohánějící magnetické pole Měsíce pravděpodobně skončilo. Jak Weiss vyjádřil:
"Magnetické pole je tato mlhavá věc, která prostupuje prostorem, jako neviditelné silové pole." Ukázali jsme, že dynamo, které produkovalo magnetické pole Měsíce, zemřelo někde před 1,5 až 1 miliardou let a zdá se, že bylo poháněno zemským způsobem. “
Jak je uvedeno, tato studie také pomáhá vyřešit debatu kolem toho, co pohánělo lunární dynamo v jeho pozdějších fázích. Přestože bylo navrženo více teorií, tato nová zjištění jsou v souladu s teorií, že jádro krystalizace je zodpovědné. Tato teorie v zásadě uvádí, že vnitřní jádro Měsíce v průběhu času krystalizovalo, zpomalilo tok elektricky nabité tekutiny a zastavilo dynamo.
Weiss navrhuje, že před tím mohla být precese zodpovědná za napájení mnohem silnějšího (ale krátkodobého) dynama, které by vytvořilo silné magnetické pole. To odpovídá skutečnosti, že před 4 miliardami let se Měsíc obíhá mnohem blíže k Zemi. To by mělo za následek mnohem větší vliv gravitace Země na Měsíc, což by způsobilo, že se jeho plášť zakolísal a vyvolala v jádru aktivitu.
Jak se Měsíc pomalu stěhoval ze Země, účinek precese se snížil a dynamo produkující magnetické pole by se oslabilo. Asi před 2,5 miliardami let se krystalizace stala dominantním mechanismem, kterým lunární dynamo pokračovalo, a vytvořilo slabší magnetické pole, které přetrvávalo, dokud vnější jádro konečně nekrystalizovalo před miliardou let.
Studie, jako je tato, by také mohly pomoci vyřešit záhadu, proč planety jako Venuše a Mars ztratily svá magnetická pole (přispívají ke kataklyzmatickým změnám klimatu) a jak Země jednou může ztratit vlastní. Vzhledem k jeho důležitosti pro obyvatelnost by při hledání obyvatelných exoplanet mohlo také pomoci lepší porozumění dynamům a magnetickým polím.
