Para onde foi a magnetismo da lua? Cientistas têm se perguntado sobre essa questão por décadas, desde que espaçonaves em órbita captaram sinais de um campo magnético elevado em rochas na superfície lunar. A lua em si não possui magnetismo inerente atualmente.
Agora, cientistas do MIT podem ter resolvido o mistério. Eles propõem que uma combinação de um campo magnético fraco e um grande impacto gerador de plasma pode ter criado temporariamente um forte campo magnético, concentrado no lado oposto da lua.
Em um estudo publicado na revista Science Advances, os pesquisadores mostram, por meio de simulações detalhadas, que um impacto, como o de um grande asteroide, poderia ter gerado uma nuvem de partículas ionizadas que envolveu brevemente a lua. Esse plasma teria circulado ao redor da lua e se concentrado no local oposto ao impacto inicial. Lá, o plasma interagiria com o fraco campo magnético da lua e o amplificaria momentaneamente. Qualquer rocha na região poderia ter registrado sinais do magnetismo elevado antes que o campo rapidamente se dissipasse.
Essa combinação de eventos poderia explicar a presença de rochas altamente magnéticas detectadas em uma região próxima ao polo sul, no lado oculto da lua. Acontece que uma das maiores bacias de impacto — a bacia Imbrium — está localizada exatamente no ponto oposto do lado visível da lua. Os pesquisadores suspeitam que o que causou esse impacto provavelmente liberou a nuvem de plasma que deu início ao cenário em suas simulações.
“Existem grandes partes do magnetismo lunar que ainda estão inexplicadas,” diz o autor principal Isaac Narrett, estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Mas a maioria dos fortes campos magnéticos que são medidos por espaçonaves em órbita pode ser explicada por esse processo — especialmente no lado oculto da lua.”
Os co-autores de Narrett incluem Rona Oran e Benjamin Weiss, do MIT, junto com Katarina Miljkovic, da Curtin University, Yuxi Chen e Gábor Tóth, da Universidade de Michigan em Ann Arbor, e Elias Mansbach PhD ’24, da Universidade de Cambridge. Nuno Loureiro, professor de ciências nucleares e engenharia no MIT, também contribuiu com insights e conselhos.
Além do sol
Cientistas sabem há décadas que a lua possui vestígios de um forte campo magnético. Amostras da superfície da lua, retornadas por astronautas nas missões Apollo da NASA nas décadas de 1960 e 70, bem como medições globais da lua realizadas remotamente por espaçonaves em órbita, mostram sinais de magnetismo remanescente em rochas na superfície, especialmente no lado oculto da lua.
A explicação típica para o magnetismo na superfície é um campo magnético global, gerado por um “dínamo” interno ou por um núcleo de material fundido em movimento. A Terra hoje gera um campo magnético por meio de um processo de dínamo, e pensa-se que a lua pode ter feito o mesmo, embora seu núcleo muito menor produza um campo magnético bem mais fraco, que pode não explicar as rochas altamente magnetizadas observadas, particularmente no lado oculto da lua.
Uma hipótese alternativa que os cientistas testaram de tempos em tempos envolve um enorme impacto que gerou plasma, o qual, por sua vez, amplificou qualquer campo magnético fraco. Em 2020, Oran e Weiss testaram essa hipótese com simulações de um grande impacto na lua, em combinação com o campo magnético gerado pelo sol, que é fraco à medida que se estende até a Terra e a lua.
Nas simulações, ellos testaram se um impacto na lua poderia amplificar tal campo solar, o suficiente para explicar as medições altamente magnéticas das rochas na superfície. O resultado foi que isso não ocorreu, e os resultados pareceram descartar impactos induzidos por plasma como fator no magnetismo ausente da lua.
Um pico e um tremor
Mas no novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente. Em vez de considerar o campo magnético do sol, eles assumiram que a lua já abrigava um dínamo que produzia um campo magnético próprio, embora fraco. Dado o tamanho de seu núcleo, eles estimaram que tal campo seria de aproximadamente 1 microtesla, ou 50 vezes mais fraco que o campo da Terra atualmente.
Com esse ponto de partida, os pesquisadores simularam um grande impacto na superfície da lua, semelhante ao que teria criado a bacia Imbrium, no lado próximo da lua. Usando simulações de impacto de Katarina Miljkovic, a equipe então simulou a nuvem de plasma que tal impacto teria gerado à medida que a força do impacto vaporiza o material da superfície. Eles adaptaram um segundo código, desenvolvido em colaboração com a Universidade de Michigan, para simular como o plasma resultante fluiria e interagiria com o fraco campo magnético da lua.
Essas simulações mostraram que, à medida que uma nuvem de plasma surgia do impacto, parte dela se expandiria para o espaço, enquanto o restante circulava ao redor da lua e se concentrava do outro lado. Lá, o plasma comprimiria e amplificaria brevemente o fraco campo magnético da lua. Todo esse processo, desde o momento em que o campo magnético é amplificado até a sua decadência de volta ao nível base, teria sido incrivelmente rápido — cerca de 40 minutos, diz Narrett.
Essa breve janela seria suficiente para que as rochas ao redor gravassem o momento do pico magnético? Os pesquisadores afirmam que sim, com a ajuda de outro efeito relacionado ao impacto.
Eles descobriram que um impacto da escala da bacia Imbrium enviaria uma onda de pressão através da lua, semelhante a um choque sísmico. Essas ondas convergiriam para o outro lado, onde o choque “tremularia” as rochas ao redor, perturbando brevemente os elétrons das rochas — as partículas subatômicas que naturalmente orientam seus spins em relação a qualquer campo magnético externo. Os pesquisadores suspeitam que as rochas foram abaladas exatamente quando o plasma do impacto amplificou o campo magnético da lua. À medida que os elétrons das rochas se ajustaram, eles assumiram uma nova orientação, de acordo com o campo magnético elevado momentaneamente.
“É como se você jogasse um baralho de 52 cartas ao ar, em um campo magnético, e cada carta tivesse uma agulha de bússola,” diz Weiss. “Quando as cartas se acomodam de volta no chão, elas fazem isso em uma nova orientação. Esse é essencialmente o processo de magnetização.”
Os pesquisadores afirmam que essa combinação de um dínamo mais um grande impacto, juntamente com a onda de choque do impacto, é suficiente para explicar as rochas altamente magnetizadas da superfície lunar — particularmente no lado oculto. Uma maneira de confirmar isso é amostrar diretamente as rochas em busca de sinais de choque e alta magnetização. Isso poderia ser uma possibilidade, já que as rochas estão no lado oposto, perto do polo sul lunar, onde missões como o programa Artemis da NASA planejam explorar.
“Durante várias décadas, houve meio que um enigma sobre o magnetismo lunar — é proveniente de impactos ou de um dínamo?” diz Oran. “E aqui estamos dizendo que é um pouco dos dois. E é uma hipótese testável, o que é bom.”
As simulações da equipe foram realizadas usando o MIT SuperCloud. Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA.
