Ο Θάνατος του ισχυρού σεληνιακού δυναμό: Το τέλος του μαγνητικού πεδίου της Σελήνης

Μια συμβατική πυξίδα δεν θα έχει καμιά χρησιμότητα στο φεγγάρι, το οποίο σήμερα στερείται ενός παγκόσμιου μαγνητικού πεδίου.

Αλλά το φεγγάρι παρήγαγε ένα μαγνητικό πεδίο πριν από δισεκατομμύρια χρόνια και ήταν πιθανότατα ακόμη ισχυρότερο από το πεδίο της Γης σήμερα. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό το σεληνιακό πεδίο, όπως και αυτό της Γης, δημιουργήθηκε από ένα ισχυρό δυναμό - την ανάδευση του πυρήνα της σελήνης. Κάποια στιγμή, αυτό το δυναμό, και το μαγνητικό πεδίο που παρήγε, έσβησαν.

Τώρα οι επιστήμονες από το MIT και αλλού προσδιόρισαν το χρονοδιάγραμμα της λήξης του σεληνιακού δυναμό, περίπου πριν από περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια. Τα ευρήματα εμφανίζονται σήμερα στο περιοδικό Science Advances .

Το νέο χρονοδιάγραμμα αποκλείει ορισμένες θεωρίες για το τι οδήγησε το σεληνιακό δυναμό στα μεταγενέστερα του στάδια και ευνοεί έναν συγκεκριμένο μηχανισμό: την κρυσταλλοποίηση του πυρήνα. Καθώς ο εσωτερικός σιδερένιος πυρήνας του φεγγαριού κρυσταλλώθηκε, το ηλεκτρικά φορτισμένο υγρό του υγρού πυρήνα αναδεύτηκε δυναμικά, παράγοντας το δυναμό.

«Το μαγνητικό πεδίο είναι αυτό το νεφελώδες πράγμα που διαπερνά το διάστημα, σαν ένα αόρατο πεδίο δύναμης», λέει ο Benjamin Weiss, καθηγητής γεωλογικών, ατμοσφαιρικών και πλανητικών επιστημών στο MIT. «Έχουμε δείξει ότι το δυναμό που παρήγαγε το μαγνητικό πεδίο του φεγγαριού πέθανε κάπου πριν από 1,5 έως 1 δισεκατομμύριο χρόνια και φαίνεται να τροφοδοτείτο με τρόπο εφάμιλλο με του πεδίου της Γης».

Στους συν-συγγραφείς του Weiss συγκαταλέγονται οι Saied Mighani και Huapei Wang, καθώς και ο Caue Borlina και ο Claire Nichols του MIT, μαζί με τον David Shuster του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ.

Αντιμαχόμενες θεωρίες δυναμό

Τα τελευταία χρόνια, η ομάδα του Weiss και άλλοι έχουν ανακαλύψει σημάδια ισχυρού μαγνητικού πεδίου, περίπου 100 microtesla, σε σεληνιακούς βράχους ηλικίας 4 δις ετών. Για λόγους σύγκρισης, το μαγνητικό πεδίο της Γης σήμερα είναι περίπου 50 microtesla.

Το 2017, η ομάδα του Weiss μελέτησε ένα δείγμα που συλλέχθηκε από το έργο Apollo της NASA και βρήκε ίχνη πολύ ασθενέστερου μαγνητικού πεδίου, κάτω από 10 microtesla, σε μια πέτρα από την σελήνη που υπολόγισαν ότι ήταν περίπου 2,5 δις ετών. Η σκέψη τους τότε ήταν ότι ίσως υπήρχαν δύο μηχανισμοί για το σεληνιακό δυναμό: Ο πρώτος θα μπορούσε να έχει προκαλέσει ένα πολύ ισχυρότερο, παλαιότερο μαγνητικό πεδίο πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, πριν αντικατασταθεί από ένα δεύτερο, πιο μακροχρόνιο μηχανισμό που διατηρούσε ένα πολύ πιο αδύναμο πεδίο, μέχρι τουλάχιστον πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

«Υπάρχουν αρκετές ιδέες για τους μηχανισμούς που ενεργοποιούν το σεληνιακό δυναμό και η ερώτηση είναι πώς να καταλάβουμε ποιος το έκανε;» λέει ο Weiss. «Αποδεικνύεται ότι όλες αυτές οι πηγές ενέργειας έχουν διαφορετικές διάρκειες ζωής. Έτσι, αν μπορούσατε να καταλάβετε πότε το δυναμό έσβησε, τότε θα μπορούσατε να διακρίνετε μεταξύ των μηχανισμών που έχουν προταθεί για αυτό της σελήνης. Αυτός ήταν ο σκοπός αυτής της νέας δημοσίευσης.»

Οι περισσότερες από τις μαγνητικές μελέτες σεληνιακών δειγμάτων από τις αποστολές Apollo προέρχονται από αρχαίους βράχους, ηλικίας περίπου 3 έως 4 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτοί είναι βράχοι που αρχικά εκχύθηκαν ως λάβα σε μια πολύ νεαρή σεληνιακή επιφάνεια και, καθώς ψύχθηκαν, οι μικροσκοπικοί κόκκοι τους ευθυγραμμίστηκαν προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Σελήνης. Μεγάλο μέρος της επιφάνειας του φεγγαριού καλύπτεται από τέτοιους βράχους, οι οποίοι έχουν παραμείνει αμετάβλητοι από τότε, διατηρώντας ένα αρχείο του αρχαίου μαγνητικού πεδίου.

Ωστόσο, τα σεληνιακά πετρώματα των οποίων το μαγνητικό ιστορικό ξεκίνησε λιγότερο από 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν ήταν πολύ πιο δύσκολο να βρεθούν επειδή η περισσότερη σεληνιακή ηφαιστειακή δραστηριότητα είχε σταματήσει ως τότε.

«Τα τελευταία 3 δισεκατομμύρια χρόνια της σεληνιακής ιστορίας ήταν ένα μυστήριο, επειδή δεν υπάρχει σχεδόν κανένα αρχείο σε μορφή βράχων», λέει ο Weiss.

Μικρές πυξίδες

Ωστόσο, ο ίδιος και οι συνεργάτες του εντόπισαν δύο δείγματα σεληνιακού βράχου, που συλλέχθηκαν από τους αστροναύτες κατά τη διάρκεια των αποστολών του Apollo, που φαίνεται ότι υπέστησαν τεράστια σύγκρουση πριν από περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια και ως εκ τούτου έλιωσαν και συγκολλήθηκαν πάλι μαζί με τέτοιο τρόπο ώστε το αρχαίο μαγνητικό αρχείο διαγράφηκε.

Η ομάδα πήρε τα δείγματα πίσω στο εργαστήριο και ανέλυσε πρώτα τον προσανατολισμό των ηλεκτρονίων κάθε βράχου, τα οποία ο Weiss περιγράφει ως «μικρές πυξίδες» που είτε ευθυγραμμίζονται προς την κατεύθυνση ενός υπάρχοντος μαγνητικού πεδίου είτε εμφανίζονται σε τυχαίες κατευθύνσεις χωρίς την παρουσία ενός. Και για τα δύο δείγματα, η ομάδα παρατήρησε το τελευταίο: τυχαίες διαμορφώσεις ηλεκτρονίων, υποδηλώνοντας ότι τα πετρώματα σχηματίστηκαν σε ένα εξαιρετικά αδύναμο έως ουσιαστικά μηδενικό μαγνητικό πεδίο, όχι περισσότερο από 0,1 microtesla.

Η ομάδα έπειτα καθόρισε την ηλικία και των δύο δειγμάτων χρησιμοποιώντας μια τεχνική ραδιομετρικής χρονολόγησης, την οποία οι Weiss και Shuster ήταν σε θέση να προσαρμόσουν για αυτή τη μελέτη.

Η ομάδα έβαλε τα δείγματα μέσω μιας σειράς δοκιμών για να δει αν ήταν πράγματι καλές μαγνητικές συσκευές εγγραφής. Με άλλα λόγια, όταν θερμάνθηκαν ξανά από κάποια μαζική κρούση, θα μπορούσαν ακόμα να είναι αρκετά ευαίσθητα για να καταγράψουν ακόμη και ένα αδύναμο μαγνητικό πεδίο στο φεγγάρι, αν υπήρχε;

Για να απαντήσουν σε αυτό, οι ερευνητές τοποθέτησαν και τα δύο δείγματα σε φούρνο και τα έβαλλαν με υψηλές θερμοκρασίες για να διαγράψουν αποτελεσματικά το μαγνητικό τους αρχείο και έπειτα εξέθεσαν τα πετρώματα σε ένα τεχνητά δημιουργούμενο μαγνητικό πεδίο στο εργαστήριο καθώς ψύχθηκαν.

Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι τα δύο δείγματα ήταν πράγματι αξιόπιστα μαγνητικά καταγραφικά και ότι η ισχύς πεδίου που αρχικά μετρούσαν (0,1 microtesla), αντιπροσώπευε με ακρίβεια τη μέγιστη δυνατή τιμή του εξαιρετικά αδύναμου μαγνητικού πεδίου της Σελήνης πριν από 1 δισεκατομμύριο χρόνια. Ο Weiss λέει ότι ένα πεδίο 0,1 microtesla είναι τόσο χαμηλό ώστε πιθανότατα το σεληνιακό δυναμό να είχε ήδη παύσει ως τότε.

Τα νέα ευρήματα υποστηρίζουν την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής της κρυσταλλοποίησης πυρήνα, έναν προτεινόμενο μηχανισμό για το σεληνιακό δυναμό που θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα αδύναμο και μακρόβιο μαγνητικό πεδίο στο μεταγενέστερο μέρος της ιστορίας της σελήνης. Ο Weiss λέει ότι πριν από την κρυσταλλοποίηση του πυρήνα, ένας μηχανισμός γνωστός ως precession (μετάπτωση) μπορεί να είχε ενεργοποιήσει ένα πολύ ισχυρότερο, αν και βραχύτερο δυναμό. Η μετάπτωση είναι ένα φαινόμενο με το οποίο το στερεό εξωτερικό κέλυφος ενός σώματος όπως το φεγγάρι, σε στενή γειτνίαση με ένα πολύ μεγαλύτερο σώμα όπως η Γη, ταλαντεύεται ως αποτέλεσμα της βαρύτητας της Γης. Αυτή η ταλάντωση αναδεύει το ρευστό στον πυρήνα, με παρόμοιο τρόπο με τον οποίο κουνώντας ένα φλιτζάνι καφέ αναδεύεται το υγρό μέσα.

Πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, το νεογέννητο φεγγάρι ήταν πιθανότατα πολύ πιο κοντά στη Γη από ό, τι σήμερα και πολύ πιο επιρρεπές στις βαρυτικές επιδράσεις του πλανήτη. Καθώς το φεγγάρι κινήθηκε αργά μακριά από τη Γη, η επίδραση της μετάπτωσης μειώθηκε, εξασθενώντας το δυναμό και το μαγνητικό πεδίο με τη σειρά του. Ο Weiss λέει ότι είναι πιθανό ότι περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η κρυστάλλοποίηση του πυρήνα έγινε ο κυρίαρχος μηχανισμός με τον οποίο συνεχίστηκε το σεληνιακό δυναμό, παράγοντας ένα ασθενέστερο μαγνητικό πεδίο που εξακολούθησε να ελαττώνεται καθώς ο πυρήνας του φεγγαριού τελικά κρυσταλλώθηκε τελείως.

Η ομάδα θα επιχειρήσει στην συνέχεια να μετρήσει την κατεύθυνση του αρχαίου μαγνητικού πεδίου της σελήνης, ελπίζοντας να βρει περισσότερες πληροφορίες για την εξέλιξη του δορυφόρου.

Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε, εν μέρει, από τη NASA.

 https://eef.gr/articles/to-telos-tou-magnhtikou-pediou-tis-selinis