Dešimtmečius mokslininkai tvirtino, kad Žemės ir Mėnulio sistema susiformavo susidūrus tarp Žemės ir Marso dydžio objekto maždaug prieš 4,5 milijardo metų. Ši teorija, vadinama milžiniško poveikio hipoteze, paaiškina, kodėl Žemė ir Mėnulis yra panašios struktūros ir sudėties. Įdomu tai, kad mokslininkai taip pat nustatė, kad per savo ankstyvą istoriją Mėnulis turėjo magnetosferą - panašiai kaip tai daro Žemė šiandien.
Tačiau naujas tyrimas, vadovaujamas MIT tyrėjų (su NASA teikiama parama) rodo, kad vienu metu Mėnulio magnetinis laukas iš tikrųjų galėjo būti stipresnis nei Žemės. Jie taip pat galėjo nustatyti griežtesnius suvaržymus, kai šis laukas išsirutuliojo, tvirtindami, kad tai būtų įvykę maždaug prieš 1 milijardą metų. Šie radiniai padėjo išspręsti paslaptį, koks mechanizmas maitino Mėnulio magnetinį lauką laikui bėgant.
Tyrimas, kuris neseniai pasirodė žurnale Mokslo pasiekimai, vadovavo Saied Mighani, eksperimentinio roko fizikas iš MIT Žemės, atmosferos ir planetų mokslų departamento. Jį papildė Berklio geochronologijos centro, esančio UC Berkeley, ir Kinijos geomokslų universiteto nariai, papildomą paramą suteikęs garsus EAPS profesorius dr. Benjaminas Weissas.
Apibendrinant, Žemės magnetinis laukas yra gyvybiškai svarbus, kaip mes jį žinome. Kai gaunamos saulės vėjo dalelės pasiekia Žemę, jos nukreipiamos šiuo lauku ir sudaro priešais Žemę nusilenkiantį lanką, o už jo - magnetinę skylę. Likusios dalelės nusėda ant magnetinių polių, kur jos sąveikauja su mūsų atmosfera, o tai sukelia tolumoje šiauriniame ir pietiniame pusrutuliuose matomus aurorus.
Jei ne šis magnetinis laukas, Žemės atmosferą per milijardus metų lėtai pašalino saulės vėjas ir ji tapo šalta, sausa. Manoma, kad taip atsitiko Marse, kur prieš 4,2–3,7 milijardo metų buvo išsekusi kažkada tirštesnė atmosfera, o visas jo paviršiuje esantis skystas vanduo buvo prarastas arba užšalęs.
Bėgant metams, Weiss'o grupė padėjo pademonstruoti Mėnulio uolienų tyrimus, kurie maždaug prieš 4 milijardus metų parodė, kad Mėnulis taip pat turėjo stiprų magnetinį lauką, kurio stiprumas buvo apie 100 mikrotolių (tuo tarpu Žemės slėgis šiandien siekia apie 50 mikrotestų). 2017 m. Jie ištyrė „Apollo“ astronautų surinktus mėginius, kurie buvo datuojami maždaug prieš 2,5 milijardo metų ir rado žymiai silpnesnį lauką (mažiau nei 10 mikrotestų).
Kitaip tariant, Mėnulio magnetinis laukas, susilpnėjęs penkis kartus nuo 4 iki 2,5 milijardo metų, tada visiškai išnyko maždaug prieš 1 milijardą metų. Tuo metu Weissas ir jo kolegos teoretikavo, kad galbūt Mėnulio interjere buvo du dinaminiai mechanizmai, atsakingi už šį pokytį.
Trumpai tariant, jie teigė, kad pirmasis dinamo efektas galėjo sukurti daug stipresnį magnetinį lauką maždaug prieš 4 milijardus metų. Tuomet, prieš 2,5 milijardo metų, jis buvo pakeistas antrąja dinamole, kuri buvo ilgaamžiškesnė, tačiau išlaikė daug silpnesnį magnetinį lauką. Kaip dr. Weiss paaiškino MIT žinių laidoje:
„Yra keletas idėjų, kokie mechanizmai maitina mėnulio dinamiką, ir kyla klausimas, kaip jūs suprantate, kuris iš jų tai padarė? Pasirodo, visi šie energijos šaltiniai turi skirtingą tarnavimo laiką. Taigi, jei galėtumėte išsiaiškinti, kada išsijungė dinamo, tada galėtumėte atskirti mechanizmus, kurie buvo pasiūlyti mėnulio dinamo. Tai buvo šio naujojo darbo tikslas. “
Iki šiol sunkiausias uždavinys buvo gauti mažiau nei 3 milijardų metų senumo mėnulio uolienas. To priežastis yra ta, kad vulkaninis aktyvumas, kuris buvo įprastas Mėnulyje prieš 4 milijardus metų, pasibaigė maždaug prieš 3 milijardus metų. Laimei, MIT komanda sugebėjo identifikuoti du mėnulio uolienų pavyzdžius, kuriuos „Apollo“ astronautai gavo prieš 1 milijardą metų.
Nors šios uolienos buvo išlydytos smūgio metu ir po to ištirpusios, tokiu būdu ištrindamos jų magnetinį įrašą, komanda galėjo atlikti bandymus, kad būtų atkurtas jų magnetinis parašas. Pirmiausia jie išanalizavo uolienų elektronų, kuriuos Weissas apibūdina kaip „mažus kompasus“, orientaciją, nes jie arba sulygtų esamo magnetinio lauko kryptimi, arba atsirastų atsitiktine orientacija, jei jų nėra.
Abiejuose mėginiuose komanda pastebėjo pastarąjį, kuris leido manyti, kad uolienos susiformavo esant ypač silpnam magnetiniam laukui, ne didesniam kaip 0,1 mikrotesolas (galbūt jo iš viso nėra). Po to sekė radiometrinės pasimatymo technika, kurią šiam tyrimui pritaikė Weissas ir Davidas L. Shusteriai (Berklio geochronologijos centro tyrinėtojai ir tyrimo bendraautoriai). Šie rezultatai patvirtino, kad uolienos iš tikrųjų buvo 1 milijardo metų senumo.
Galiausiai komanda atliko mėginių šilumos testus, kad nustatytų, ar smūgio metu jie gali užtikrinti gerą magnetinį įrašą. Tai sudarė abiejų pavyzdžių įdėjimas į orkaitę ir jų veikimas aukštoje temperatūroje, kurią būtų sukėlęs smūgis. Atvėsę jie laboratorijoje veikė dirbtinai sukuriamą magnetinį lauką ir patvirtino, kad sugeba jį užfiksuoti.
Šie rezultatai patvirtina, kad iš pradžių komandos išmatuotas magnetinis stipris (0,1 mikroteso) yra tikslus ir kad prieš 1 milijardą metų greičiausiai pasibaigė Mėnulio magnetinį lauką maitinantis dinamas. Kaip Weiss išreiškė:
„Magnetinis laukas yra tas miglotas dalykas, kuris persmelkia erdvę, tarsi nematomas jėgos laukas. Mes parodėme, kad dinamas, kuris sukūrė Mėnulio magnetinį lauką, mirė maždaug prieš 1,5–1 milijardą metų ir, atrodo, buvo maitinamas panašiu į žemę būdu. “
Kaip pažymėta, šis tyrimas taip pat padeda išspręsti diskusijas apie tai, kas paskatino mėnulio dinamiką vėlesniuose jo etapuose. Nors buvo pasiūlytos kelios teorijos, šios naujos išvados atitinka teoriją, kad atsakinga už pagrindinę kristalizaciją. Iš esmės ši teorija teigia, kad laikui bėgant vidinė Mėnulio šerdis išsikristalizavo, sulėtindama elektra įkrauto skysčio tekėjimą ir sulaikydama dinamą.
Weissas siūlo, kad anksčiau tai galėjo sukelti daug stipresnę (tačiau trumpalaikę) dinamiką, kuri būtų sukėlusi stiprų magnetinį lauką. Tai atitinka faktą, kad, manoma, kad prieš 4 milijardus metų Mėnulis skriejo daug arčiau Žemės. Tai būtų nulėmę, kad Žemės gravitacija būtų žymiai paveikusi Mėnulį, todėl jo apvalkalas sustingtų ir sujudėtų aktyvumas šerdyje.
Mėnuliui lėtai tolstant nuo Žemės, protesto poveikis mažėjo, o magnetinį lauką sukuriantis dinamas susilpnės. Maždaug prieš 2,5 milijardo metų kristalizacija tapo dominuojančiu mėnulio dinamo mechanizmu, sukuriančiu silpnesnį magnetinį lauką, kuris išliko tol, kol išorinė šerdis galutinai išsikristalizavo prieš milijardą metų.
Tokie tyrimai kaip šis taip pat galėtų padėti išspręsti paslaptį, kodėl tokios planetos kaip Venera ir Marsas prarado magnetinius laukus (prisideda prie kataklizminių klimato pokyčių) ir kaip Žemė kada nors galėtų prarasti savąją. Atsižvelgiant į jo svarbą pritaikomumui, geresnis dinamikos ir magnetinių laukų supratimas taip pat galėtų padėti ieškant tinkamų egzoplanetų.
