Gli scienziati fissano i tempi della morte della dinamo lunare

Si sa che in epoca remota la Luna aveva un nucleo metallico e un campo magnetico generato per effetto dinamo. Ora Weiss e colleghi del MIT, e di altri paesi, hanno fissato i tempi della fine della dinamo lunare a circa 1 miliardo di anni fa. I risultati compaiono oggi sulla rivista Science Advances.
Il nuovo tempismo esclude alcune teorie su ciò che ha guidato la dinamo lunare nelle sue fasi successive e favorisce un meccanismo particolare: la cristallizzazione del nucleo.
Mentre il nucleo di ferro interno della Luna si cristallizzava, il fluido caricato elettricamente del nucleo liquido veniva energicamente agitato, producendo la dinamo.
“Il campo magnetico è come una nebulosa che pervade lo spazio, come un campo di forza invisibile“, afferma Benjamin Weiss, professore di scienze della terra, atmosferiche e planetarie al MIT. “Abbiamo dimostrato che la dinamo che ha prodotto il campo magnetico lunare è morta da qualche parte tra 1,5 e 1 miliardo di anni fa e sembra essere stata alimentata in modo simile alla Terra“.
Negli ultimi anni, il gruppo del MIT e altri hanno scoperto segni di un forte campo magnetico, di circa 100 microtesla, in rocce lunari vecchie di 4 miliardi di anni. Per fare un confronto, il campo magnetico terrestre oggi è di circa 50 microtesla.
Nel 2017, il gruppo di Weiss ha studiato un campione raccolto dal progetto Apollo della NASA e ha trovato tracce di un campo magnetico molto più debole, sotto i 10 microtesla, in una roccia lunare che hanno determinato avere circa 2,5 miliardi di anni. All’epoca pensavano che fossero in gioco solo due meccanismi per la dinamo lunare: il primo avrebbe potuto generare un campo magnetico molto più forte e precedente, circa 4 miliardi di anni fa, prima di essere sostituito da un secondo meccanismo più longevo che sosteneva un campo molto più debole, fino ad almeno 2,5 miliardi di anni fa.
“Ci sono diverse idee su quali meccanismi hanno alimentato la dinamo lunare, e la domanda è: come si fa a capire quale sia stato?” Dice Weiss. “Si scopre che tutte queste sorgenti di energia hanno vite diverse. Quindi, se riusciamo a capire quando la dinamo si è spenta, allora si potrebbe distinguere tra i meccanismi che sono stati proposti per la dinamo lunare. Questo era lo scopo di questo nuovo documento“.
La maggior parte degli studi magnetici sui campioni lunari delle missioni Apollo proviene da antiche rocce, risalenti da circa 3 a 4 miliardi di anni fa. Queste sono rocce originariamente emerse come lava su una superficie lunare molto giovane, e mentre si raffreddavano, i loro microscopici granuli si allineavano nella direzione del campo magnetico della Luna. Gran parte della superficie della luna è coperta da tali rocce, che sono rimaste invariate da allora, conservando una registrazione dell’antico campo magnetico.
Tuttavia, le rocce lunari le cui storie magnetiche sono iniziate meno di 3 miliardi di anni fa sono state molto più difficili da trovare perché ormai la maggior parte del vulcanismo lunare era cessato.
“Gli ultimi 3 miliardi di anni di storia lunare sono stati un mistero perché non c’è quasi nessuna ‘registrazione’“, afferma Weiss.
Tuttavia, lui e i suoi colleghi hanno identificato due campioni di roccia lunare, raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo, che sembrano aver subito un impatto enorme circa 1 miliardo di anni fa e di conseguenza sono stati fusi e saldati insieme in modo tale che l’antica registrazione magnetica è stata quasi cancellata.
Il team ha riportato i campioni in laboratorio e prima ha analizzato l’orientamento degli elettroni di ciascuna roccia, che Weiss descrive come “piccole bussole” che si allineano nella direzione di un campo magnetico esistente o, in assenza, compaiono in orientamenti casuali. Per entrambi i campioni, il team ha osservato l’ultimo: configurazioni casuali di elettroni, suggerendo che le rocce si sono formate in un campo magnetico da estremamente debole a sostanzialmente zero, non superiore a 0,1 microteslas.
Il team ha quindi determinato l’età di entrambi i campioni utilizzando una tecnica di datazione radiometrica che Weiss, e il suo collega Shuster, sono stati in grado di adattare per questo studio.
Il team ha sottoposto i campioni a una serie di test per vedere se funzionavano davvero come registratori magnetici. In altre parole, una volta riscaldati da un impatto enorme, avrebbero potuto essere ancora abbastanza sensibili da registrare anche un debole campo magnetico sulla luna, se esistesse?
Per rispondere a questo, i ricercatori hanno posto entrambi i campioni in un forno e li hanno fatti esplodere ad alte temperature per cancellare efficacemente la loro ‘registrazione’ magnetica, quindi hanno esposto le rocce a un campo magnetico generato artificialmente in laboratorio mentre si raffreddavano.
I risultati hanno confermato che i due campioni erano effettivamente dei registratori magnetici affidabili e che l’intensità di campo inizialmente misurata, di 0,1 microtesla, rappresentava accuratamente il valore massimo possibile del campo magnetico estremamente debole della luna 1 miliardo di anni fa. Weiss afferma che un campo di 0,1 microtesla è così basso che è probabile che la dinamo lunare sia terminata a questo punto.
Le nuove scoperte si allineano alla durata prevista della cristallizzazione del nucleo, un meccanismo proposto per la dinamo lunare che avrebbe potuto generare un campo magnetico debole e di lunga durata nella parte successiva della storia della luna.
Weiss afferma che prima della cristallizzazione del nucleo, un meccanismo noto come precessione potrebbe aver alimentato una dinamo molto più forte sebbene di breve durata.
La precessione è un fenomeno mediante il quale il solido guscio esterno di un corpo come la Luna, in stretta prossimità di un corpo molto più grande come la Terra, oscilla in risposta alla gravità terrestre. Questo traballare agita il liquido nel nucleo, nello stesso modo in cui il liquido si agita dentro una tazza di caffè.
Circa 4 miliardi di anni fa, la Luna neonata era probabilmente molto più vicina alla Terra di quanto lo sia oggi, e molto più suscettibile agli effetti gravitazionali del pianeta. Mentre la Luna si allontanava lentamente dalla Terra, l’effetto della precessione diminuiva, indebolendo a sua volta la dinamo e il campo magnetico.
Weiss afferma che è probabile che circa 2,5 miliardi di anni fa, la cristallizzazione del nucleo divenne il meccanismo dominante con cui la dinamo lunare continuava, producendo un campo magnetico più debole che continuava a dissiparsi mentre il nucleo della luna alla fine si cristallizzava completamente.
Il gruppo sta cercando di misurare la direzione dell’antico campo magnetico della luna nella speranza di raccogliere ulteriori informazioni sull’evoluzione della Luna.
Questa ricerca è stata supportata, in parte, dalla NASA.
http://news.mit.edu/2019/when-lunar-dynamo-ended-0101