A tudósok évtizedek óta állítják, hogy a Föld-Hold rendszer, amely körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt történt a Föld és a Mars méretű tárgy közötti ütközés eredményeként. Az Óriás Hipotézis néven ismert ez az elmélet magyarázza, hogy a Föld és a Hold miért hasonlóak szerkezetükben és összetételükben. Érdekes módon a tudósok azt is megállapították, hogy korai története során a Holdnak volt egy magnetoszféra - hasonlóan a Földnek.
Azonban egy új tanulmány, amelyet a MIT kutatói vezettek (a NASA támogatásával), azt jelzi, hogy a Hold mágneses tere egy időben valóban erősebb lehetett, mint a Földé. Azt is képesek voltak szigorúbb korlátokra helyezni, amikor ez a mező kibontakozott, azt állítva, hogy ez körülbelül egymilliárd évvel ezelőtt történt. Ezek az eredmények segítettek megoldani a rejtélyt, hogy milyen mechanizmus táplálja a Hold mágneses mezőjét az idő múlásával.
A tanulmány, amely a közelmúltban jelent meg a folyóiratban Tudományos előrehaladás, Saied Mighani, a MIT Föld-, légkör- és bolygótudományi tanszékének kísérleti sziklafizikus vezetésével. Csatlakoztak az UC Berkeley Berkeley Geochronology Center és a Kínai Földtudományi Egyetem tagjaihoz, emelt EAPS professzor, Dr. Benjamin Weiss további támogatásával.
Összefoglalva, a Föld mágneses tere elengedhetetlen az élethez, amint azt tudjuk. Amikor a bejövő napszél-részecskék elérték a Földet, akkor ez a mező elhajlik, és íjütést képeznek a Föld elõtt, mögötte pedig a mágneses farkot. A fennmaradó részecskéket a mágneses pólusokon helyezzük el, ahol kölcsönhatásba lépnek a légkörünkkel, ami a távoli északi és déli félgömbön látható aurorákat okozza.
Ha nem erre a mágneses mezőre vonatkozik, akkor a Föld légkörét milliárd év alatt lassan eltávolította volna a napszél, és hideg, száraz hely lett. Úgy gondolják, hogy ez történt a Marson, ahol egy egyszer vastagabb atmoszféra 4,2 és 3,7 milliárd évvel ezelőtt kimerült, és a felszínén lévő folyékony víz elveszett vagy megfagyott.
Az évek során a Weiss csoport a holdkövek tanulmányozásával hozzájárult annak bizonyításához, hogy körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt a Hold is körülbelül 100 mikrotálas erős mágneses mezővel rendelkezik (míg a Föld ma körülbelül 50 mikrotól körül van). 2017-ben megvizsgálták az Apollo űrhajósai által összegyűjtött mintákat, amelyek körülbelül 2,5 milliárd évvel ezelőtt keltek, és sokkal gyengébb területet találtak (kevesebb, mint 10 mikrotól).
Más szavakkal, a Hold mágneses mezőjét négyszeres és 2,5 milliárd évvel ezelőtt ötszörösére gyengítette, majd körülbelül 1 milliárd évvel ezelőtt teljesen eltűnt. Abban az időben Weiss és munkatársai elméletük szerint talán kétféle dinamikus mechanizmus létezett a Hold belsejében, amelyek felelősek ennek a változásnak.
Röviden: azt állították, hogy az első dinamikus hatás 4 milliárd évvel ezelőtt sokkal erősebb mágneses teret hozhatott létre. Aztán, 2,5 milliárd évvel ezelőtt, helyébe egy második, hosszabb élettartamú, de sokkal gyengébb mágneses teret viselő dinamó váltotta fel. Ahogy Dr. Weiss egy MIT sajtóközleményben kifejtette:
„Számos ötlet létezik a Hold dinamóját működtető mechanizmusok számára, és a kérdés az, hogy hogyan tudod kitalálni, melyik csinálta? Kiderült, hogy ezen energiaforrások élettartama eltérő. Tehát, ha tudná kitalálni, mikor kapcsolja ki a dinamót, meg lehet különböztetni azokat a mechanizmusokat, amelyeket a hold dinamóhoz javasoltak. Ez volt az új cikk célja. ”
Eddig a 3 milliárd évnél fiatalabb holdkövek megszerzése komoly kihívást jelentett. Ennek oka az a tény, hogy a vulkáni tevékenység, amely a Holdon 4 milliárd évvel ezelőtt volt szokásos, körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt megszűnt. Szerencsére az MIT csapata képes volt azonosítani az Apollo űrhajósai által előállított két hold-kőmintát, amelyeket egy egymilliárd évvel ezelőtt létrehoztak egy ütés.
Míg ezeket a sziklákat az ütés megolvasztotta, majd megszilárdultak, és ezzel törölték a mágneses rekordukat a folyamat során, a csapat képesek voltak rájuk tesztelni a mágneses aláírásuk rekonstruálására. Először a szikla elektronok tájolását elemezték, amelyeket Weiss „kis iránytűnek” ír le, mivel ezek egy létező mágneses mező irányába igazodnak, vagy véletlenszerű irányban jelennek meg, ha nincs.
Mindkét mintában a csoport megfigyelte az utóbbit, amely arra utalt, hogy a sziklák egy rendkívül gyenge, legfeljebb 0,1 mikrotűs mágneses mezőben képződtek (esetleg egyáltalán nem is). Ezt egy radiometrikus randevú technika követte, amelyet Weiss és David L. Shuster (a Berkeley Geochronology Center kutatója és a tanulmány társszerzője) adaptáltak ehhez a tanulmányhoz. Ezek az eredmények megerősítették, hogy a sziklák valóban 1 milliárd éves voltak.
Végül a csoport hővizsgálatokat végzett a mintákon annak meghatározására, hogy azok jó mágneses eredményeket tudnak-e biztosítani az ütés idején. Ez azt jelentette, hogy mindkét mintát sütőbe helyezték, és olyan magas hőmérsékletnek tették ki, amelyet az ütés okozhat. Miközben lehűltek, mesterségesen létrehozott mágneses mezőnek tették ki őket a laboratóriumban, és megerősítették, hogy képesek felvenni azt.
Ezek az eredmények megerősítik, hogy a csapat által kezdetben mért mágneses erő (0,1 mikrotól) pontos, és hogy egymilliárd évvel ezelőtt valószínűleg véget ért a Hold mágneses mezőjét tápláló dinamó. Ahogy Weiss kifejtette:
A mágneses mező ez a homályos dolog, amely áthatol a térben, mint egy láthatatlan erőtér. Megmutattuk, hogy a hold mágneses mezőjét létrehozó dinamika 1,5-1 milliárd évvel ezelőtt halt meg, és úgy tűnik, hogy földi energiát hajtottak végre. "
Mint már említésre került, ez a tanulmány segíti a vita megoldását is, amely a későbbi szakaszaiban vezette a hold dinamóját. Noha több elméletet javasoltak, ezek az új eredmények összhangban állnak azzal az elmélettel, hogy a mag kristályosodása felelős. Alapvetően ez az elmélet azt állítja, hogy a Hold belső magja idővel kristályosodott, lelassította az elektromosan töltött folyadék áramlását és megállította a dinamót.
Weiss szerint a precesszió ezt megelőzően valószínűleg egy sokkal erősebb (de rövid élettartamú) dinamó táplálékáért felelős, amely az erős mágneses mezőt létrehozta volna. Ez összhangban áll azzal a ténnyel, hogy 4 milliárd évvel ezelőtt úgy gondolják, hogy a Hold sokkal közelebb állt a Földhez. Ennek eredményeként a Föld gravitációja sokkal nagyobb hatást gyakorolt volna a Holdra, a köpenyét hullámozva, és felrázva a mag működését.
Ahogy a Hold lassan elmozdult a Földtől, az elődöntés hatása csökkent, és a mágneses mezőt előállító dinamika gyengülni fog. Körülbelül 2,5 milliárd évvel ezelőtt a kristályosodás vált a domináns mechanizmussá, amellyel a holddinamó folytatódott, egy gyengébb mágneses teret eredményezve, amely addig is fennmaradt, amíg a külső mag végül kikristályosodott egy milliárd évvel ezelőtt.
Az ilyen vizsgálatok segíthetik megoldani azt a rejtélyt, hogy miért veszítették el olyan bolygók, mint a Vénusz és a Mars a mágneses tereket (hozzájárulva a kataklizmikus éghajlatváltozáshoz), és hogy a Föld hogyan veszítheti el saját magát egy nap. Figyelembe véve annak fontosságát az alkalmazhatóság szempontjából, a dinamikák és a mágneses terek jobb megértése szintén segíthet az alkalmazható exoplanetek keresésében.
