To jednak nie UFO na Ksiezycu. Rozwiązano zagadkę

Od czasu pierwszych misji Apollo w latach 60. i 70. XX wieku naukowcy borykają się z intrygującym problemem. Próbki skał księżycowych przywiezione na Ziemię oraz pomiary wykonane przez orbitujące sondy kosmiczne ujawniły coś zaskakującego - niektóre regiony powierzchni Księżyca, szczególnie na jego niewidocznej stronie, zawierają skały o niespodziewanie silnych właściwościach magnetycznych. To odkrycie było tym bardziej zagadkowe, że Księżyc obecnie nie posiada globalnego pola magnetycznego.

Jak wyjaśnił Isaac Narrett, główny autor najnowszego badania z MIT: Przez kilka dekad istniała swoista zagadka dotycząca magnetyzmu Księżyca – czy pochodzi on z uderzeń, czy z dynamo?. Problem tkwił w tym, że typowe wyjaśnienie powierzchniowego magnetyzmu to globalne pole magnetyczne generowane przez wewnętrzne dynamo - rdzeń stopionego, wirującego materiału. Ziemia dziś generuje pole magnetyczne poprzez taki proces dynamo, ale małe jądro Księżyca prawdopodobnie wytworzyłoby znacznie słabsze pole magnetyczne, które nie może wyjaśnić silnie namagnesowanych skał obserwowanych na powierzchni.

To może być jeszcze ciekawsze:

Przez dziesięciolecia naukowcy proponowali różne, coraz bardziej skomplikowane teorie. Niektórzy sugerowali, że Księżyc nie zamarzł tak szybko po swojej formacji, jak pierwotnie sądzono, lub że grawitacyjne oddziaływanie z Ziemią nadało mu przesadne kołysanie, mieszając jego chłodzące wnętrze. Inna idea zakładała, że asteroidy bombardowały Księżyc tak intensywnie, że wstrząsy uruchomiły księżycowe jądro do sporadycznej aktywności.

Najnowsze badania opublikowane w czasopiśmie Science Advances przedstawiają znacznie prostsze, ale fascynujące wyjaśnienie. Zespół badaczy z MIT, kierowany przez Isaaca Narretta, zaproponował teorię łączącą dwa elementy: słabe, starożytne pole magnetyczne Księżyca oraz masywne uderzenia asteroidów, które mogły tymczasowo wzmocnić to pole.

Kluczem do zrozumienia tej teorii jest plazma - zjonizowany gaz powstający przy ekstremalnych temperaturach. Gdy masywna asteroida uderzyła w powierzchnię Księżyca, siła uderzenia sparowała materiał powierzchniowy, tworząc chmurę naładowanych elektrycznie cząstek. Ta plazma otaczała Księżyc i koncentrowała się po przeciwnej stronie od miejsca uderzenia, gdzie wzajemnie oddziaływała ze słabym polem magnetycznym Księżyca, chwilowo je wzmacniając.

Benjamin Weiss, profesor nauk o Ziemi i planetach w MIT i współautor badania, zobrazował proces magnetyzacji następująco: "Wyobraź sobie, że rzucasz talię 52 kart w powietrze w polu magnetycznym, a każda karta zawiera igłę kompasu. Kiedy karty opadają na ziemię, robią to w nowej orientacji - to jest istota procesu magnetyzacji.

Zespół MIT wykorzystał zaawansowane symulacje komputerowe wykonane na platformie MIT SuperCloud, aby przetestować swoją hipotezę. Rozpoczęli od założenia, że wczesny Księżyc posiadał dynamo generujące słabe pole magnetyczne o natężeniu około 1 mikrotesla - 50 razy słabsze niż obecne pole Ziemi.

Symulacje pokazały fascynujący scenariusz: gdy chmura plazmy powstała w wyniku uderzenia, część z niej rozpraszała się w kosmos, podczas gdy reszta opływała Księżyc i koncentrowała się po przeciwnej stronie. Tam plazma kompresowała i chwilowo wzmacniała słabe pole magnetyczne Księżyca. Badania wykazały, że natężenie pola magnetycznego po stronie przeciwnej do uderzenia mogło osiągnąć maksymalnie 180 mikrotesli na wysokości 700 km nad powierzchnią.

Choć natężenie pola na powierzchni było zmniejszone przez rozproszenie w skorupie księżycowej wynikowe natężenie pola na powierzchni nadal wynosiło około 43 mikrotesli. Cały proces, od momentu wzmocnienia pola magnetycznego do jego powrotu do poziomu bazowego, trwałby niewiarygodnie krótko - około 40 minut.

Czy tak krótkie okno czasowe wystarczyłoby do zarejestrowania przez okoliczne skały chwilowego wzrostu magnetycznego? Badacze odpowiadają twierdząco, powołując się na kolejny efekt związany z uderzeniem. Uderzenie o skali Mare Imbrium wysłałoby falę ciśnienia przez Księżyc podobną do wstrząsu sejsmicznego. Te fale zbiegłyby się po drugiej stronie, gdzie wstrząs potrząsnąłby okolicznymi skałami, chwilowo zakłócając elektrony - cząstki subatomowe, które naturalnie orientują swoje spiny zgodnie z zewnętrznym polem magnetycznym.

Badacze podejrzewają, że skały zostały wstrząśnięte właśnie wtedy, gdy plazma z uderzenia wzmocniła pole magnetyczne Księżyca. Elektrony w skałach przyjęły nową orientację, zgodną z chwilowo silnym polem magnetycznym. To połączenie dynamo oraz dużego uderzenia, w połączeniu z falą uderzeniową, wystarczy do wyjaśnienia silnie namagnesowanych skał powierzchniowych Księżyca - szczególnie na niewidocznej stronie.

Teoria MIT znajduje szczególne wsparcie w obserwacjach anomalii magnetycznych na niewidocznej stronie Księżyca. Satelity kosmiczne ujawniły regiony skorupy księżycowej rozciągające się na dziesiątki kilometrów, które wykazują anomalie magnetyczne - wyższe lokalne poziomy namagnesowania niż ich otoczenie. Rozmiar tych regionów sugeruje, że zostały namagnesowane przez silne starożytne pole magnetyczne.

Niektóre z najsilniejszych skorupowych anomalii magnetycznych znajdują się antypodycznie - po dokładnie przeciwnej stronie Księżyca od Mare Crisium, Imbrium, Orientale i Serenitatis. To właśnie te lokalizacje przewiduje teoria MIT jako miejsca koncentracji plazmy i wzmocnienia pola magnetycznego.

Narrett podkreślił znaczenie tej korelacji: Istnieją duże części magnetyzmu księżycowego, które nadal pozostają niewyjaśnione. Ale większość silnych pól magnetycznych mierzonych przez orbitujące statki kosmiczne można wyjaśnić tym procesem – szczególnie na niewidocznej stronie Księżyca.

Jedną z najważniejszych zalet nowej teorii jest jej weryfikowalność. Najbardziej namagnesowane skały znajdują się w pobliżu bieguna południowego na niewidocznej stronie Księżyca - regionie, który liczne misje, w tym program NASA Artemis, planują zbadać w nadchodzących latach. Jeśli te skały wykażą oznaki zarówno uderzeń, jak i starożytnego magnetyzmu, mogłoby to potwierdzić, że anomalie magnetyczne Księżyca wynikały z masywnego uderzenia asteroidy.

Rona Oran, również z MIT i współautorka badania, podsumowała: Przez kilka dekad istniała swoista zagadka dotycząca magnetyzmu Księżyca – czy pochodzi z uderzeń, czy z dynamo? A tutaj mówimy, że to trochę jedno i drugie. I to jest testowalna hipoteza, co jest miłe.

Przyszłe eksploracje mogłyby zweryfikować hipotezę zespołu poprzez analizę składu księżycowych skał w poszukiwaniu śladów zarówno uderzeń, jak i silnego namagnesowania. Takie dowody mogłyby ostatecznie rozwiązać jedną z najdłużej trwających zagadek księżycowej geologii.

To odkrycie ma znaczenie wykraczające poza samą ciekawość naukową. Zrozumienie magnetycznej historii Księżyca dostarcza cennych informacji o jego wewnętrznej strukturze, historii termicznej i środowisku powierzchni. W miarę jak ludzkość przygotowuje się do powrotu na Księżyc w ramach programu Artemis, te badania mogą pomóc w lepszym planowaniu przyszłych misji eksploracyjnych. A dla tych, którzy spekulowali o pozaziemskich odwiedzinach - odpowiedź okazuje się być znacznie bardziej ziemska, ale równie fascynująca. To po prostu fizyka w jej najwspanialszej formie.