Dov’è finito il magnetismo lunare? Gli scienziati si interrogano su questa domanda da decenni, da quando sonde spaziali in orbita hanno rilevato tracce di un intenso campo magnetico nelle rocce della superficie lunare. La Luna stessa non ha oggi alcun magnetismo intrinseco. Ora, gli scienziati del MIT potrebbero aver risolto il mistero. Propongono che la combinazione di un antico e debole campo magnetico e di un grande impatto generatore di plasma possa aver creato temporaneamente un intenso campo magnetico, concentrato sul lato nascosto della Luna.
In uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori dimostrano attraverso simulazioni dettagliate che un impatto, come quello di un grande asteroide, potrebbe aver generato una nube di particelle ionizzate che ha avvolto brevemente la Luna. Questo plasma si sarebbe diffuso intorno alla Luna e si sarebbe concentrato nella posizione opposta a quella dell’impatto iniziale. Lì, il plasma avrebbe interagito con il debole campo magnetico della Luna, amplificandolo momentaneamente. Qualsiasi roccia nella regione avrebbe potuto registrare segni di un forte magnetismo prima che il campo si esaurisse rapidamente.
Questa combinazione di eventi potrebbe spiegare la presenza di rocce altamente magnetiche rilevate in una regione vicina al polo sud, sul lato nascosto della Luna. In effetti, uno dei bacini d’impatto più grandi, il bacino di Imbrium, si trova esattamente nel punto opposto sul lato visibile della Luna. I ricercatori sospettano che, qualunque cosa abbia causato quell’impatto, abbia probabilmente rilasciato la nube di plasma che ha dato origine allo scenario nelle loro simulazioni.
“Ci sono ampie porzioni del magnetismo lunare che sono ancora inspiegate”, afferma l’autore principale Isaac Narrett, studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Atmosfera e dei Planetari (EAPS) del MIT. “Ma la maggior parte dei forti campi magnetici misurati dalle sonde spaziali in orbita può essere spiegata da questo processo, soprattutto sul lato nascosto della Luna”.
Tra i coautori di Narrett figurano Rona Oran e Benjamin Weiss del MIT, insieme a Katarina Miljkovic della Curtin University, Yuxi Chen e Gábor Tóth dell’Università del Michigan ad Ann Arbor, ed Elias Mansbach, Ph.D., dell’Università di Cambridge. Anche Nuno Loureiro, professore di scienze e ingegneria nucleare al MIT, ha contribuito con spunti e consigli.
Oltre il Sole
Gli scienziati sanno da decenni che la Luna contiene i resti di un forte campo magnetico. Campioni provenienti dalla superficie lunare, riportati dagli astronauti durante le missioni Apollo della NASA negli anni ’60 e ’70, così come misurazioni globali della Luna effettuate a distanza da sonde spaziali in orbita, mostrano segni di magnetismo residuo nelle rocce superficiali, soprattutto sul lato nascosto della Luna.
La spiegazione tipica del magnetismo superficiale è un campo magnetico globale, generato da una “dinamo” interna, ovvero un nucleo di materiale fuso in movimento. La Terra oggi genera un campo magnetico attraverso un processo dinamo, e si pensa che la Luna un tempo potesse aver fatto lo stesso, sebbene il suo nucleo molto più piccolo avrebbe prodotto un campo magnetico molto più debole che potrebbe non spiegare le rocce altamente magnetizzate osservate, in particolare sul lato nascosto della Luna.
Un’ipotesi alternativa che gli scienziati hanno testato di tanto in tanto prevede un gigantesco impatto che ha generato plasma, il quale a sua volta ha amplificato qualsiasi campo magnetico debole. Nel 2020, Oran e Weiss hanno testato questa ipotesi con simulazioni di un gigantesco impatto sulla Luna, in combinazione con il campo magnetico generato dal Sole, che è debole poiché si estende fino alla Terra e alla Luna.
Nelle simulazioni, hanno verificato se un impatto sulla Luna potesse amplificare tale campo solare, abbastanza da spiegare le misurazioni altamente magnetiche delle rocce superficiali. Si è scoperto che non era così, e i loro risultati sembravano escludere che gli impatti giocassero un ruolo nel magnetismo mancante della Luna.
Il nuovo studio
Ma nel loro nuovo studio, i ricercatori hanno adottato una strategia diversa. Invece di tenere conto del campo magnetico del Sole, hanno ipotizzato che la Luna un tempo ospitasse una dinamo che produceva un campo magnetico proprio, seppur debole. Date le dimensioni del suo nucleo, hanno stimato che tale campo sarebbe stato di circa 1 microtesla, ovvero 50 volte più debole dell’attuale campo magnetico terrestre.
Da questo punto di partenza, i ricercatori hanno simulato un impatto di grandi dimensioni sulla superficie lunare, simile a quello che avrebbe creato il bacino di Imbrium, sul lato visibile della Luna. Utilizzando le simulazioni d’impatto di Katarina Miljkovic, il team ha poi simulato la nube di plasma che un tale impatto avrebbe generato, poiché la forza dell’impatto avrebbe vaporizzato il materiale superficiale. Hanno adattato un secondo codice, sviluppato da collaboratori dell’Università del Michigan, per simulare come il plasma risultante avrebbe fluito e interagito con il debole campo magnetico della Luna.
Queste simulazioni hanno mostrato che, man mano che l’impatto generava una nube di plasma, una parte di essa si sarebbe espansa nello spazio, mentre la restante si sarebbe riversata intorno alla Luna, concentrandosi sul lato opposto. Lì, il plasma avrebbe compresso e amplificato brevemente il debole campo magnetico della Luna. L’intero processo, dal momento in cui il campo magnetico è stato amplificato fino al momento in cui è tornato alla sua posizione iniziale, sarebbe stato incredibilmente rapido: circa 40 minuti, afferma Narrett.
Questa breve finestra temporale sarebbe stata sufficiente affinché le rocce circostanti registrassero il picco magnetico momentaneo? I ricercatori rispondono di sì, con l’aiuto di un altro effetto correlato all’impatto.
Hanno scoperto che un impatto su scala Imbrium avrebbe generato un’onda di pressione attraverso la Luna, simile a una scossa sismica. Queste onde sarebbero confluite sull’altro lato, dove l’urto avrebbe “agitato” le rocce circostanti, destabilizzandone brevemente gli elettroni – le particelle subatomiche che orientano naturalmente i loro spin verso qualsiasi campo magnetico esterno.
I ricercatori sospettano che le rocce siano state colpite dall’urto proprio mentre il plasma dell’impatto amplificava il campo magnetico lunare. Man mano che gli elettroni delle rocce si riposizionavano, assumevano un nuovo orientamento, in linea con l’elevato campo magnetico momentaneo.
“È come se lanciassi in aria un mazzo di 52 carte, immerso in un campo magnetico, con ogni carta dotata di un ago di bussola“, afferma Weiss. “Quando le carte tornano a terra, lo fanno con un nuovo orientamento. Questo è essenzialmente il processo di magnetizzazione”.
I ricercatori affermano che questa combinazione di una dinamo e di un impatto di grandi dimensioni, unita all’onda d’urto dell’impatto, è sufficiente a spiegare l’elevata magnetizzazione delle rocce superficiali della Luna, in particolare sul lato opposto. Un modo per esserne certi è campionare direttamente le rocce alla ricerca di segni di urto e di elevato magnetismo. Questa potrebbe essere una possibilità, dato che le rocce si trovano sul lato opposto, vicino al polo sud lunare, dove missioni come il programma Artemis della NASA intendono esplorare.
“Per diversi decenni, c’è stata una sorta di dilemma sul magnetismo lunare: è dovuto a impatti o a una dinamo?“, dice Oran. “E qui stiamo dicendo che è un po’ entrambe le cose, ed è un’ipotesi verificabile, il che è positivo”.
Le simulazioni del team sono state effettuate utilizzando il MIT SuperCloud.
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