Vuosikymmenien ajan tutkijat ovat todenneet, että maapallon ja kuun välinen järjestelmä muodostui maan ja Marsin kokoisen esineen törmäyksen seurauksena noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Tämä teoria, joka tunnetaan nimellä jättiläinen vaikutushypoteesi, selittää miksi Maa ja Kuu ovat rakenteeltaan ja koostumukseltaan samanlaiset. Mielenkiintoista kyllä, tutkijat ovat myös päättäneet, että varhaisen historiansa aikana Kuulla oli magnetosfääri - aivan kuten Maassa nykyään.
Uusi tutkimus, jota MIT: n tutkijat vetävät (NASA: n tuella), osoittavat kuitenkin, että Kuun magneettikenttä on saattanut tosiasiassa olla voimakkaampi kuin Maan. He pystyivät myös asettamaan tiukempia rajoituksia, kun tämä kenttä eteni, väittäen, että se olisi tapahtunut noin miljardi vuotta sitten. Nämä havainnot ovat auttaneet ratkaisemaan mysteerin siitä, mikä mekanismi käynnisti Kuun magneettikentän ajan myötä.
Tutkimus, joka ilmestyi äskettäin lehdessä Tieteen kehitys, johti Saied Mighani, kokeellinen kalliofyysikko MIT: n maa-, ilma- ja planeettatieteiden laitokselta. Hänen kanssaan liittyivät UC Berkeleyn Berkeleyn geokrologiakeskuksen ja Kiinan geotieteiden yliopiston jäsenet. EAPS: n kuuluisa professori, tohtori Benjamin Weiss tarjosi lisätukea.
Maan magneettikenttä on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme. Kun tulevat aurinkotuulipartikkelit saavuttavat maan, ne ohjaavat tämän kentän ja muodostavat keulaiskun maan edessä ja magneettisaunan sen takana. Jäljelle jäävät hiukkaset laskeutuvat magneettinapoihin, missä ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa, mikä aiheuttaa auroraeita, jotka näkyvät kaukana pohjoisessa ja etelässä pallonpuoliskolla.
Ellei tätä magneettikenttää olisi, aurinkotuuli olisi maapallon tuulen vuoksi maapallon ilmakehästä hävittänyt miljardien vuosien kuluessa, ja siitä olisi tullut kylmä, kuiva paikka. Tämän uskotaan tapahtuvan Marsissa, jossa kerran paksumpi ilmapiiri ehtyi 4,2–3,7 miljardia vuotta sitten ja kaikki sen pinnalla oleva nestemäinen vesi oli joko kadonnut tai jäätynyt seurauksena.
Vuosien mittaan Weiss-ryhmä on auttanut osoittamaan kuukiviä tutkimalla, että noin 4 miljardia vuotta sitten Kuulla oli myös voimakas magneettikenttä, jonka vahvuus oli noin 100 mikrotlasia (kun taas maan pinnalla on nykyään noin 50 mikrotlasia). Vuonna 2017 he tutkivat Apollon astronautien keräämiä näytteitä, jotka olivat päivätty noin 2,5 miljardia vuotta sitten, ja löysivät paljon heikomman kentän (alle 10 mikrotlasia).
Toisin sanoen Kuun magneettikenttä heikentyi kertoimella viisi 4–2,5 miljardia vuotta sitten, sitten katosi kokonaan noin miljardi vuotta sitten. Tuolloin Weiss ja hänen kollegansa väittivät, että Kuun sisustuksessa oli ehkä kaksi dynaamista mekanismia, jotka olivat vastuussa tästä muutoksesta.
Lyhyesti sanottuna he väittivät, että ensimmäinen dünamotehoste olisi voinut luoda paljon vahvemman magneettikentän noin 4 miljardia vuotta sitten. Sitten, 2,5 miljardia vuotta sitten, se korvattiin toisella dynaamisella, joka oli pitkäikäisempi, mutta ylläpitänyt paljon heikompaa magneettikenttää. Kuten tohtori Weiss selitti MIT-lehdistötiedotteessa:
”On olemassa useita ideoita siitä, mitkä mekanismit toimivat kuundünon, ja kysymys kuuluu, kuinka selvittää, mikä niistä teki? On käynyt ilmi, että kaikilla näillä virtalähteillä on erilaiset käyttöajat. Joten jos voisit selvittää, milloin dinamo sammui, voisit erottaa mekanismit, joita on ehdotettu kuundynolle. Se oli tämän uuden paperin tarkoitus. "
Tähän mennessä alle 3 miljardin vuoden ikäisten kivikuvakivien saaminen on ollut suuri haaste. Syynä tähän on se seikka, että vulkaaninen toiminta, joka oli yleistä Kuulla 4 miljardia vuotta sitten, lakkasi suunnilleen 3 miljardia vuotta sitten. Onneksi MIT-ryhmä pystyi tunnistamaan kaksi Apollo-astronautien hankkimaa kuunrokkimallia, jotka luotiin miljardi vuotta sitten.
Vaikka nämä kivet sulavat iskun vaikutuksesta ja muuttuivat uudelleen, poistaen siten niiden magneettisen tietueen prosessissa, joukkue pystyi suorittamaan heille testit niiden magneettisen allekirjoituksen rekonstruoimiseksi. Ensinnäkin, he analysoivat kallion elektronien suuntausta, jota Weiss kuvaa "pieniksi kompasteiksi", koska ne joko kohdistuvat olemassa olevan magneettikentän suuntaan tai ilmestyvät satunnaisiin suuntiin ilman yhtä.
Molemmissa näytteissä ryhmä havaitsi jälkimmäisen, mikä ehdotti, että kivet muodostuivat erittäin heikossa magneettikentässä, joka oli korkeintaan 0,1 mikrotolia (mahdollisesti ei ollenkaan). Tätä seurasi radiometrinen treffitekniikka, jota Weiss ja David L. Shuster (Berkeley Geochronology Centerin tutkija ja tutkimuksen yhteiskirjailija) mukauttivat tähän tutkimukseen. Nämä tulokset vahvistivat, että kivet olivat todella miljardi vuotta vanhoja.
Lopuksi ryhmä suoritti näytteille lämpötestit selvittääkseen, pystyikö ne tarjoamaan hyvän magneettisen ennätyksen iskun aikaan. Tämä koostui molempien näytteiden asettamisesta uuniin ja altistamiselle sellaisille korkeille lämpötiloille, jotka isku olisi aiheuttanut. Jäähtyessään he altistivat ne laboratoriossa keinotekoisesti tuotetulle magneettikentälle ja vahvistivat pystyvänsä tallentamaan sen.
Nämä tulokset vahvistavat, että ryhmän alun perin mittama magneettinen voimakkuus (0,1 mikrotlasia) on tarkka ja että miljardi vuotta sitten Kuun magneettikentän voiman lisäävä dinamo oli todennäköisesti päättynyt. Kuten Weiss ilmaisi:
”Magneettikenttä on tämä hämärtävä asia, joka läpäisee avaruuden, kuten näkymätön voimakenttä. Olemme osoittaneet, että Kuun magneettikentän tuottava dünamo kuoli välillä 1,5–1 miljardia vuotta sitten, ja näyttää siltä, että se on saanut voiman maapallomaisella tavalla. ”
Kuten todettiin, tämä tutkimus auttaa myös ratkaisemaan keskustelua siitä, mikä johti kuun dynon myöhemmissä vaiheissa. Vaikka useita teorioita on ehdotettu, nämä uudet havainnot ovat johdonmukaisia sen teorian kanssa, että ytimen kiteytys on vastuussa. Pohjimmiltaan tämä teoria väittää, että Kuun sisäinen ydin kiteytyi ajan myötä, hidastaen sähköisesti varautuneen nesteen virtausta ja pysäyttäen dynamon.
Weiss ehdottaa, että ennen tätä precessio on saattanut olla vastuussa paljon voimakkaamman (mutta lyhytaikaisen) dynon virrasta, joka olisi tuottanut vahvan magneettikentän. Tämä on sopusoinnussa sen tosiasian kanssa, että 4 miljardia vuotta sitten Kuun uskotaan kiertäneen paljon lähempänä Maata. Tämä olisi johtanut siihen, että maapallon painovoimalla olisi ollut paljon suurempi vaikutus Kuuhun, aiheuttaen sen vaipan heiluttamisen ja sekoittaen aktiivisuutta ytimessä.
Kun Kuu muutti hitaasti pois maapallosta, precession vaikutus väheni ja magneettikenttää tuottava dynamiikka heikentyisi. Noin 2,5 miljardia vuotta sitten kiteytyksestä tuli hallitseva mekanismi, jolla kuun dynos jatkui tuottaen heikomman magneettikentän, joka jatkui, kunnes ulkoydin kiteytyi lopulta miljardi vuotta sitten.
Tämän tyyppiset tutkimukset voivat myös auttaa ratkaisemaan mysteerin siitä, miksi Venuksen ja Marsin kaltaiset planeetat menettivät magneettikentänsä (myötävaikuttaen kataklysmiiniseen ilmastomuutokseen) ja kuinka maapallo voi menettää omansa jonakin päivänä. Kun otetaan huomioon sen tärkeys asettavuudelle, dynaamisten ja magneettikenttien ymmärtäminen voisi myös auttaa etsimään asuttavia eksoplaneetteja.
