Για δεκαετίες, οι επιστήμονες υποστήριξαν ότι το σύστημα Γης-Σελήνης σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα σύγκρουσης μεταξύ της Γης και ενός αντικειμένου μεγέθους Άρη περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Γνωστή ως υπόθεση γιγαντιαίων επιπτώσεων, αυτή η θεωρία εξηγεί γιατί η Γη και η Σελήνη είναι παρόμοια στη δομή και τη σύνθεση. Αρκετά ενδιαφέρον, οι επιστήμονες έχουν επίσης καθορίσει ότι κατά την πρώιμη ιστορία του, η Σελήνη είχε μια μαγνητόσφαιρα - όπως και η Γη σήμερα.
Ωστόσο, μια νέα μελέτη με επικεφαλής τους ερευνητές στο MIT (με την υποστήριξη της NASA) δείχνει ότι κάποτε, το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης μπορεί να ήταν στην πραγματικότητα ισχυρότερο από αυτό της Γης. Ήταν επίσης σε θέση να θέσουν αυστηρότερους περιορισμούς όταν αυτός ο τομέας ξεπεράστηκε, ισχυριζόμενος ότι θα είχε συμβεί περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια πριν. Αυτά τα ευρήματα βοήθησαν στην επίλυση του μυστηρίου του μηχανισμού που τροφοδότησε το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης με την πάροδο του χρόνου.
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επιστήμη προχωράμε επικεφαλής τον Saied Mighani, έναν πειραματικό φυσικό ροκ με το Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών του MIT. Συνοδεύτηκε από μέλη του Berkeley Geochronology Center στο UC Berkeley και του China University of Geosciences, με πρόσθετη υποστήριξη από τον διάσημο καθηγητή EAPS, Δρ Benjamin Weiss.
Για να ανακεφαλαιώσουμε, το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι απαραίτητο για τη ζωή όπως το γνωρίζουμε. Όταν τα εισερχόμενα σωματίδια του ηλιακού ανέμου φτάνουν στη Γη, εκτρέπονται από αυτό το πεδίο και σχηματίζουν ένα σοκ τόξου μπροστά από τη Γη και ένα μαγνητοστάτη πίσω από αυτό. Τα υπόλοιπα σωματίδια εναποτίθενται στους μαγνητικούς πόλους όπου αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρά μας, γεγονός που προκαλεί την εμφάνιση των Aurorae στα μακρινά βόρεια και νότια ημισφαίρια.
Αν δεν ήταν αυτό το μαγνητικό πεδίο, η ατμόσφαιρα της Γης θα είχε αφαιρεθεί αργά από τον ηλιακό άνεμο κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών και θα είχε καταστεί ένα κρύο, ξηρό μέρος. Αυτό πιστεύεται ότι συνέβη στον Άρη, όπου μια φορά παχύτερη ατμόσφαιρα εξαντλήθηκε πριν από 4,2 έως 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια και όλο το υγρό νερό στην επιφάνειά του είτε χάθηκε είτε πάγωσε ως αποτέλεσμα.
Με την πάροδο των ετών, η ομάδα του Weiss βοήθησε στην επίδειξη μέσω της μελέτης των σεληνιακών πετρωμάτων που πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η Σελήνη είχε επίσης ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο με ισχύ περίπου 100 microteslas (ενώ η Γη είναι περίπου 50 microteslas σήμερα). Το 2017, μελέτησαν δείγματα που συλλέχθηκαν από τους αστροναύτες του Απόλλωνα, τα οποία χρονολογούνται πριν από περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια και βρήκαν ένα πολύ πιο αδύναμο πεδίο (λιγότερο από 10 microteslas).
Με άλλα λόγια, το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης αποδυναμώθηκε από έναν παράγοντα πέντε μεταξύ 4 και 2,5 δισεκατομμυρίων ετών πριν, και στη συνέχεια εξαφανίστηκε εντελώς περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια πριν. Εκείνη την εποχή, ο Weiss και οι συνάδελφοί του θεωρούσαν ότι ίσως υπήρχαν δύο μηχανισμοί δυναμό στο εσωτερικό της Σελήνης που ήταν υπεύθυνοι για αυτήν την αλλαγή.
Εν ολίγοις, υποστήριξαν ότι ένα πρώτο φαινόμενο δυναμό θα μπορούσε να είχε δημιουργήσει ένα πολύ ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Στη συνέχεια, πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, αντικαταστάθηκε από ένα δεύτερο δυναμό που ήταν πιο μακροχρόνιο αλλά υπέστη ένα πολύ ασθενέστερο μαγνητικό πεδίο. Όπως εξήγησε ο Δρ Weiss σε μια ανακοίνωση του MIT News:
«Υπάρχουν αρκετές ιδέες για τους μηχανισμούς που τροφοδότησαν το σεληνιακό δυναμό και το ερώτημα είναι, πώς καταλαβαίνετε ποιος το έκανε; Αποδεικνύεται ότι όλες αυτές οι πηγές ενέργειας έχουν διαφορετική διάρκεια ζωής. Έτσι, αν μπορούσατε να καταλάβετε πότε το δυναμό απενεργοποιήθηκε, τότε θα μπορούσατε να διακρίνετε μεταξύ των μηχανισμών που έχουν προταθεί για το σεληνιακό δυναμό. Αυτός ήταν ο σκοπός αυτού του νέου εγγράφου. "
Μέχρι τώρα, η απόκτηση σεληνιακών πετρωμάτων ηλικίας κάτω των 3 δισεκατομμυρίων ετών ήταν μια μεγάλη πρόκληση. Ο λόγος για αυτό έχει να κάνει με το γεγονός ότι η ηφαιστειακή δραστηριότητα, η οποία ήταν κοινή στη Σελήνη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, σταμάτησε περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Ευτυχώς, η ομάδα του MIT κατάφερε να εντοπίσει δύο δείγματα σεληνιακού βράχου που ελήφθησαν από τους αστροναύτες του Απόλλωνα, τα οποία δημιουργήθηκαν πριν από 1 δισεκατομμύριο χρόνια.
Ενώ αυτά τα πετρώματα τήχθηκαν από την πρόσκρουση και στη συνέχεια υποχώρησαν, διαγράφοντας έτσι το μαγνητικό τους ρεκόρ στη διαδικασία, η ομάδα μπόρεσε να πραγματοποιήσει δοκιμές σε αυτά για να ανακατασκευάσει τη μαγνητική τους υπογραφή. Πρώτον, ανέλυσαν τον προσανατολισμό των ηλεκτρονίων του βράχου, τον οποίο ο Weiss περιγράφει ως «μικρές πυξίδες» αφού είτε θα ευθυγραμμίζονταν προς την κατεύθυνση ενός υπάρχοντος μαγνητικού πεδίου είτε θα εμφανίζονταν σε τυχαίους προσανατολισμούς απουσία ενός.
Και στα δύο δείγματα, η ομάδα παρατήρησε το τελευταίο, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι βράχοι σχηματίστηκαν σε ένα εξαιρετικά αδύναμο μαγνητικό πεδίο όχι περισσότερο από 0,1 microteslas (πιθανώς κανένας καθόλου). Ακολούθησε μια τεχνική ραδιομετρικών γνωριμιών που προσαρμόστηκε σε αυτήν τη μελέτη από τους Weiss και David L. Shuster (ερευνητής του Berkeley Geochronology Center και συν-συγγραφέας της μελέτης). Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι οι βράχοι ήταν πράγματι 1 δισεκατομμύριο ετών.
Τέλος, η ομάδα διεξήγαγε δοκιμές θερμότητας στα δείγματα για να προσδιορίσει εάν θα μπορούσαν να παρέχουν ένα καλό μαγνητικό ρεκόρ τη στιγμή της κρούσης. Αυτό συνίστατο στην τοποθέτηση και των δύο δειγμάτων σε ένα φούρνο και στην έκθεσή τους στα είδη των υψηλών θερμοκρασιών που θα είχαν δημιουργηθεί από μια πρόσκρουση. Καθώς κρυώθηκαν, τους εξέθεσαν σε ένα τεχνητά παραγόμενο μαγνητικό πεδίο στο εργαστήριο και επιβεβαίωσαν ότι ήταν σε θέση να το καταγράψουν.
Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι η μαγνητική ισχύς που μετρήθηκε αρχικά από την ομάδα (0,1 microteslas) είναι ακριβής και ότι πριν από 1 δισεκατομμύριο χρόνια, το δυναμό που τροφοδοτεί το μαγνητικό πεδίο της Σελήνης πιθανότατα είχε τελειώσει. Όπως εξέφρασε ο Weiss:
«Το μαγνητικό πεδίο είναι αυτό το νεφελώδες πράγμα που διαπερνά το χώρο, σαν ένα αόρατο πεδίο δύναμης. Έχουμε δείξει ότι το δυναμό που παρήγαγε το μαγνητικό πεδίο του φεγγαριού πέθανε κάπου μεταξύ 1,5 και 1 δισεκατομμύριο χρόνια πριν, και φαίνεται να τροφοδοτήθηκε με τρόπο σαν τη Γη. "
Όπως σημειώθηκε, αυτή η μελέτη βοηθά επίσης στην επίλυση της συζήτησης σχετικά με το τι οδήγησε το σεληνιακό δυναμό στα μεταγενέστερα στάδια του. Ενώ έχουν προταθεί πολλές θεωρίες, αυτά τα νέα ευρήματα συνάδουν με τη θεωρία ότι η βασική κρυστάλλωση είναι υπεύθυνη. Βασικά, αυτή η θεωρία δηλώνει ότι ο εσωτερικός πυρήνας της Σελήνης κρυσταλλώνεται με την πάροδο του χρόνου, επιβραδύνοντας τη ροή του ηλεκτρικά φορτισμένου υγρού και συγκρατώντας το δυναμό.
Ο Weiss προτείνει ότι πριν από αυτό, η ύφεση μπορεί να ήταν υπεύθυνη για την τροφοδοσία ενός πολύ ισχυρότερου (αλλά βραχύβιου) δυναμό που θα παρήγαγε το ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Αυτό συμβαδίζει με το γεγονός ότι πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η Σελήνη πιστεύεται ότι είχε τροχιά πολύ πιο κοντά στη Γη. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα η βαρύτητα της Γης να έχει πολύ μεγαλύτερη επίδραση στη Σελήνη, κάνοντας το μανδύα του να ταλαντεύεται και να προκαλεί δραστηριότητα στον πυρήνα.
Καθώς η Σελήνη μετανάστευσε αργά μακριά από τη Γη, η επίδραση της μετάβασης μειώθηκε και το δυναμό που παράγει μαγνητικό πεδίο θα εξασθενίσει. Πριν από περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η κρυστάλλωση έγινε ο κυρίαρχος μηχανισμός με τον οποίο συνέχισε το σεληνιακό δυναμό, παράγοντας ένα ασθενέστερο μαγνητικό πεδίο που παρέμεινε μέχρι που ο εξωτερικός πυρήνας τελικά κρυσταλλώθηκε πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια.
Μελέτες όπως αυτό θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στην επίλυση του μυστηρίου του γιατί πλανήτες όπως η Αφροδίτη και ο Άρης έχασαν τα μαγνητικά τους πεδία (συμβάλλοντας στην κατακλυσμική αλλαγή του κλίματος) και πώς η Γη θα μπορούσε να χάσει τη δική της κάποια μέρα. Λαμβάνοντας υπόψη τη σημασία της για τη βιωσιμότητα, μια μεγαλύτερη κατανόηση των δυναμικών και των μαγνητικών πεδίων θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην αναζήτηση κατοικήσιμων εξωπλανητών.
