Investigadores proponen nueva explicación para el misterio magnético de la Luna
Por Kevin Stacey, Universidad de Brown
13 de enero de 2022.
Crédito: CC0 Dominio público
Las rocas que regresaron a la Tierra durante el programa Apolo de la NASA de 1968 a 1972 han proporcionado volúmenes de información sobre la historia de la Luna, pero también han sido la fuente de un misterio perdurable. El análisis de las rocas reveló que algunas parecían haberse formado en presencia de un fuerte campo magnético, uno que rivalizaba con el de la Tierra en fuerza. Pero no estaba claro cómo un cuerpo del tamaño de la Luna podría haber generado un campo magnético tan fuerte.
Ahora, una investigación dirigida por un geocientífico de la Universidad de Brown propone una nueva explicación para el misterio magnético de la Luna. El estudio, publicado en Nature Astronomy, muestra que las formaciones rocosas gigantes que se hunden a través del manto de la Luna podrían haber producido el tipo de convección interior que genera fuertes campos magnéticos. Los procesos podrían haber producido campos magnéticos intermitentemente fuertes durante los primeros mil millones de años de la historia de la Luna, dicen los investigadores.
"Todo lo que hemos pensado sobre cómo los núcleos planetarios generan los campos magnéticos nos dice que un cuerpo del tamaño de la Luna no debería ser capaz de generar un campo tan fuerte como el de la Tierra", dijo Alexander Evans, profesor asistente de Ciencias de la Tierra en Brown y coautor del estudio con Sonia Tikoo de la Universidad de Stanford. "Pero en lugar de pensar en cómo alimentar un fuerte campo magnético de forma continua durante miles de millones de años, tal vez haya una manera de obtener un campo de alta intensidad de forma intermitente. Nuestro modelo muestra cómo puede suceder eso, y es consistente con lo que sabemos sobre el interior de la Luna".
Los cuerpos planetarios producen campos magnéticos a través de lo que se conoce como dínamo de núcleo. El calor que se disipa lentamente provoca la convección de los metales fundidos en el núcleo de un planeta. La agitación constante de material eléctricamente conductor es lo que produce un campo magnético. Así es como se forma el campo magnético de la Tierra, que protege la superficie de la radiación solar más peligrosa.
Actualmente, la Luna carece de un campo magnético, y los modelos de su núcleo sugieren que probablemente era demasiado pequeño y carecía de la fuerza convectiva para haber producido un campo magnético continuamente fuerte. Para que un núcleo tenga una fuerte agitación convectiva, necesita disipar una gran cantidad de calor. En el caso de la Luna temprana, dice Evans, el manto que rodeaba el núcleo no era mucho más frío que el propio núcleo. Debido a que el calor del núcleo no tenía adónde ir, no había mucha convección en el núcleo. Pero este nuevo estudio muestra cómo las rocas que se hunden podrían haber proporcionado impulsos convectivos intermitentes.
La historia de estas piedras que se hunden comienza unos pocos millones de años después de la formación de la Luna. Muy temprano en su historia, se cree que la Luna estuvo cubierta por un océano de roca fundida. A medida que el vasto océano de magma comenzó a enfriarse y solidificarse, minerales como el olivino y el piroxeno, que eran más densos que el magma líquido, se hundieron hasta el fondo, mientras que minerales menos densos, como la anortosita, flotaron para formar la corteza. El magma líquido restante era rico en titanio y en elementos que producían calor como el torio, el uranio y el potasio, por lo que tardó un poco más en solidificarse. Cuando esta capa de titanio finalmente cristalizó justo debajo de la corteza, era más densa que los minerales que se solidificaron antes debajo de ella. Con el tiempo, las formaciones de titanio se hundieron a través de la roca del manto menos densa que se encontraba debajo, un proceso conocido como vuelco gravitacional.
Para este nuevo estudio, Evans y Tikoo modelaron la dinámica de cómo se habrían hundido esas formaciones de titanio, así como el efecto que podrían tener cuando finalmente alcanzaran el núcleo de la Luna. El análisis, que se basó en la composición actual de la Luna y la viscosidad estimada del manto, mostró que las formaciones probablemente se romperían en gotas de hasta 60 kilómetros de diámetro y se hundirían intermitentemente en el transcurso de unos mil millones de años.
Los investigadores encontraron que cuando cada una de estas gotas finalmente tocó fondo, habrían dado una gran sacudida a la dínamo central de la Luna. Habiendo estado colocadas justo debajo de la corteza lunar, las formaciones de titanio habrían tenido una temperatura relativamente fría, mucho más fría que la temperatura estimada del núcleo de entre 2.600 y 3.800 grados Fahrenheit. Cuando las gotas frías entraron en contacto con el núcleo caliente después de hundirse, el desajuste de temperatura habría provocado un aumento de la convección del núcleo, lo suficiente como para generar un campo magnético en la superficie de la Luna tan fuerte o incluso más fuerte que el de la Tierra.
"Puedes pensarlo un poco como una gota de agua golpeando una sartén caliente", dijo Evans. "Tienes algo realmente frío que toca el núcleo, y de repente puede salir una gran cantidad de calor. Eso hace que aumente la agitación en el núcleo, lo que genera estos fuertes campos magnéticos intermitentes".
Podría haber habido hasta 100 de estos eventos descendentes durante los primeros mil millones de años de existencia de la Luna, dicen los investigadores, y cada uno podría haber producido un fuerte campo magnético que duró aproximadamente un siglo.
Evans dice que el modelo magnético intermitente no solo explica la fuerza de la firma magnética que se encuentra en las muestras de rocas del Apolo, sino también el hecho de que las firmas magnéticas varían ampliamente en la colección de Apolo, algunas tienen firmas magnéticas fuertes y otras no.
"Este modelo puede explicar tanto la intensidad como la variabilidad que vemos en las muestras de Apolo, algo que ningún otro modelo ha podido hacer", dijo Evans. "También nos da algunas limitaciones de tiempo sobre el hundimiento de este material de titanio, lo que nos da una mejor imagen de la evolución temprana de la Luna".
La idea también es bastante comprobable, dice Evans. Implica que debería haber habido un fondo magnético débil en la Luna que fue puntuado por estos eventos de alta fuerza. Eso debería ser evidente en la colección del Apolo. Mientras que las fuertes firmas magnéticas en las muestras de Apolo sobresalían, nadie ha buscado realmente firmas más débiles, dice Evans.
La presencia de esas firmas débiles junto con las fuertes le daría un gran impulso a esta nueva idea, que finalmente podría poner fin al misterio magnético de la Luna.
Más información en:
https://phys.org/news/2022-01-explanation-moon-half-century-magnetic-mystery.html