¿A dónde fue el magnetismo de la luna? Los científicos han desconcertado esta pregunta durante décadas, desde que la nave espacial en órbita recogió signos de un campo magnético alto en rocas de superficie lunar. La luna en sí no tiene un magnetismo inherente hoy.
Ahora, los científicos del MIT pueden haber resuelto el misterio. Proponen que una combinación de un campo magnético antiguo y débil y un gran impacto generador de plasma puede haber creado temporalmente un campo magnético fuerte, concentrado en el lado más alejado de la luna.
En un estudio que aparece en la revista Avances científicoslos investigadores muestran a través de simulaciones detalladas que un impacto, como un gran asteroide, podría haber generado una nube de partículas ionizadas que envolvieron brevemente la luna. Este plasma se habría ido alrededor de la luna y se concentraría en la ubicación opuesta del impacto inicial. Allí, el plasma habría interactuado y amplificado momentáneamente el débil campo magnético de la luna. Cualquier roca en la región podría haber registrado signos del magnetismo elevado antes de que el campo se extendiera rápidamente.
Esta combinación de eventos podría explicar la presencia de rocas altamente magnéticas detectadas en una región cerca del Polo Sur, en el lado más alejado de la luna. Como sucede, una de las cuencas de impacto más grandes, la cuenca de Imbrium, se encuentra en el punto exacto opuesto en el lado cercano de la luna. Los investigadores sospechan que cualquier cosa que tuviera ese impacto probablemente lanzó la nube de plasma que inició el escenario en sus simulaciones.
«Hay grandes partes del magnetismo lunar que aún no son explicados», dice el autor principal Isaac Narnett, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosférica y Planetaria del MIT (EAPS). «Pero la mayoría de los fuertes campos magnéticos que se miden al orbitar la nave espacial pueden explicarse por este proceso, especialmente en el otro lado de la luna».
Los coautores de Narrett incluyen a Rona Oran y Benjamin Weiss en el MIT, junto con Katarina Miljkovic en la Universidad Curtin, Yuxi Chen y Gábor Tóth en la Universidad de Michigan en Ann Arbor, y Elias Mansbach Phd ’24 en la Universidad Cambridge. Nuno Loureiro, profesor de ciencias e ingeniería nuclear en el MIT, también contribuyó con ideas y consejos.
Más allá del sol
Los científicos saben desde hace décadas que la luna tiene restos de un fuerte campo magnético. Muestras de la superficie de la luna, devueltas por astronautas en las misiones Apolo de la NASA de los años sesenta y setenta, así como medidas globales de la luna tomadas de forma remota al orbitar la nave espacial, muestran signos de magnetismo remanente en rocas de superficie, especialmente en el lado más alejado de la luna.
La explicación típica del magnetismo de la superficie es un campo magnético global, generado por una «dinamo» interna, o un núcleo de material fundido y batido. La Tierra de hoy genera un campo magnético a través de un proceso dinamo, y se cree que la luna una vez puede haber hecho lo mismo, aunque su núcleo mucho más pequeño habría producido un campo magnético mucho más débil que puede no explicar las rocas altamente magnetizadas observadas, particularmente en el lado más alejado de la luna.
Una hipótesis alternativa que los científicos han probado de vez en cuando implica un impacto gigante que generó plasma, lo que a su vez amplificó cualquier campo magnético débil. En 2020, Orán y Weiss probaron esta hipótesis con simulaciones de un impacto gigante en la luna, en combinación con el campo magnético generado por energía solar, que es débil a medida que se extiende hacia la tierra y la luna.
En las simulaciones, probaron si un impacto en la luna podría amplificar dicho campo solar, lo suficiente como para explicar las mediciones altamente magnéticas de las rocas de superficie. Resultó que no lo era, y sus resultados parecían descartar los impactos inducidos por el plasma como un papel en el magnetismo perdido de la luna.
Una espiga y un jitter
Pero en su nuevo estudio, los investigadores tomaron una táctica diferente. En lugar de explicar el campo magnético del sol, asumieron que la luna una vez organizó una dinamo que produjo un campo magnético propio, aunque débil. Dado el tamaño de su núcleo, estimaron que dicho campo habría sido aproximadamente 1 microtesla, o 50 veces más débil que el campo de la Tierra en la actualidad.
Desde este punto de partida, los investigadores simularon un gran impacto en la superficie de la luna, similar a lo que habría creado la cuenca de Imbrium, en el lado cercano de la luna. Utilizando simulaciones de impacto de Katarina Miljkovic, el equipo simuló la nube de plasma que tal impacto habría generado a medida que la fuerza del impacto vaporizó el material de la superficie. Adaptaron un segundo código, desarrollado por colaboradores en la Universidad de Michigan, para simular cómo fluiría el plasma resultante e interactuaría con el débil campo magnético de la luna.
Estas simulaciones mostraron que, a medida que surgiera una nube de plasma del impacto, algunas de ellas se habrían expandido al espacio, mientras que el resto fluiría alrededor de la luna y se concentraría en el lado opuesto. Allí, el plasma habría comprimido y amplificado brevemente el débil campo magnético de la Luna. Todo este proceso, desde el momento en que el campo magnético se amplificó hasta el momento en que se descompone a la línea de base, habría sido increíblemente rápido, en algún lugar alrededor de 40 minutos, dice Narrett.
¿Habría sido suficiente esta breve ventana para que las rocas circundantes grabaran la punta magnética momentánea? Los investigadores dicen que sí, con algo de ayuda de otro efecto relacionado con el impacto.
Descubrieron que un impacto a escala de Imbrium habría enviado una onda de presión a través de la luna, similar a un shock sísmico. Estas ondas habrían convergido al otro lado, donde el choque habría «nervioso» las rocas circundantes, inquietando brevemente los electrones de las rocas, las partículas subatómicas que orientan naturalmente sus giros a cualquier campo magnético externo. Los investigadores sospechan que las rocas se sorprendieron justo cuando el plasma del impacto amplificó el campo magnético de la luna. A medida que los electrones de las rocas se recuperaron, asumieron una nueva orientación, en línea con el momento magnético momentáneo.
«Es como si lanzaras una cubierta de 52 cartas en el aire, en un campo magnético, y cada carta tiene una aguja de brújula», dice Weiss. «Cuando las tarjetas se adaptan al suelo, lo hacen en una nueva orientación. Ese es esencialmente el proceso de magnetización».
Los investigadores dicen que esta combinación de una dinamo más un gran impacto, junto con la onda de choque del impacto, es suficiente para explicar las rocas de superficie altamente magnetizadas de la luna, particularmente en el lado más alejado. Una forma de saber con certeza es probar directamente las rocas para obtener signos de shock y un alto magnetismo. Esto podría ser una posibilidad, ya que las rocas se encuentran en el otro lado, cerca del Polo Sur lunar, donde misiones como el programa Artemis de la NASA planean explorar.
«Durante varias décadas, ha habido una especie de enigma sobre el magnetismo de la luna: ¿es por impactos o es de una dinamo?» Orán dice. «Y aquí estamos diciendo, es un poco de ambos. Y es una hipótesis comprobable, lo cual es bueno».
Las simulaciones del equipo se llevaron a cabo utilizando el MIT Supercloud. Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA.
