Asteroides atingindo a Lua podem ter aumentado seu campo magnético

Uma combinação de um campo magnético gerado por dínamo e impactos massivos poderia explicar as rochas altamente magnetizadas em algumas regiões lunares. 

As bacias Orientale (à direita) e Crisium (à esquerda) estão ambas associadas a regiões de magnetismo superficial intensificado, antípodas à localização da bacia na Lua. Crédito: Orientale: NASA; Crisium: Robert Reeves

As explorações do século XX responderam a muitas perguntas sobre o nosso satélite e seu lugar no sistema solar. Mas também levantaram muitas questões novas e desafiadoras que ainda permanecem sem resposta.

Um desses mistérios duradouros é o campo magnético lunar. A Lua não gera campo magnético próprio atualmente. No entanto, análises de amostras de rochas da Apollo e medições feitas por espaçonaves em órbita revelaram magnetismo em rochas individuais e até mesmo em grandes áreas da superfície com altos níveis de magnetismo.

Uma equipe de cientistas liderada por Isaac Narrett, do MIT, apresentou uma nova explicação para a misteriosa magnetização: impactos de asteroides geraram nuvens de plasma que se estendiam pela Lua e que criaram temporariamente altos campos magnéticos na região globalmente oposta à sua ocorrência. A pesquisa foi publicada hoje na Science Advances .

Uma breve história do campo magnético da Lua

Quando a Lua era jovem e estava cerca de 10 vezes mais próxima da Terra do que hoje, tanto o calor de sua criação ígnea quanto a compressão das marés pela gravidade terrestre mantinham seu interior derretido. A Lua primitiva também girava mais rápido, amplificando o efeito da atração das marés da Terra sobre ela. Antes de cerca de 3,56 bilhões de anos atrás, o efeito dínamo desses fatores combinados criava um campo magnético, embora muito mais fraco do que o campo magnético atual da Terra (que mede cerca de 50 microteslas, ou 0,00005 tesla). À medida que a Lua esfriava e se afastava da Terra, seu campo magnético desaparecia lentamente. Mas traços de seu passado ainda se escondem em bolsões de magnetismo residual na superfície.

A maioria das amostras da Apollo apresenta o que é chamado de magnetização remanescente natural. Os pesquisadores acreditam que essas amostras resfriaram-se na presença de um campo magnético ao longo de milhões de anos. Outras amostras parecem ter sido magnetizadas por altas pressões de choque, como o impacto de um asteroide.

Nas últimas duas décadas, observações de sondas espaciais revelaram regiões da crosta lunar que se estendem por dezenas de quilômetros (10 a 100 quilômetros) e apresentam anomalias magnéticas — níveis locais de magnetização mais elevados do que seus arredores. O tamanho dessas regiões indica que foram magnetizadas por um forte campo magnético antigo.

Mas o efeito dínamo do pequeno núcleo lunar (com apenas cerca de 140 km de largura) poderia produzir campos magnéticos equivalentes a apenas um décimo do necessário para magnetizar essas grandes regiões da superfície. E, talvez o mais intrigante, algumas das anomalias magnéticas mais fortes da crosta são antípodas, ou exatamente opostas, da Lua em relação às bacias de Crisium, Imbrium, Orientale e Serenitatis.

Uma explicação impactante

A equipe de Narrett tem uma nova solução para magnetizar grandes regiões da crosta em um curto período de tempo. Utilizando o recurso de computação compartilhada SuperCloud do MIT, os pesquisadores modelaram o efeito de impactos cataclísmicos de asteroides na Lua primordial. Eles descobriram que as nuvens de plasma que circundam o globo, criadas por grandes impactos, poderiam comprimir e concentrar temporariamente o campo magnético lunar inicial.

À medida que a nuvem de plasma se expandia a partir do ponto de impacto e irradiava ao redor da Lua, carregava consigo o campo magnético. À medida que a nuvem convergia de todas as direções para o ponto antípoda, comprimia progressivamente as linhas do campo magnético, intensificando a intensidade do campo magnético ali. A onda de plasma sustentou o campo magnético amplificado por mais de 30 minutos antes de se dissipar.

O trabalho se baseia em um estudo anterior dos membros da equipe, Rona Oran e Benjamin Weiss. Eles investigaram se tais ondas de plasma geradas por impacto poderiam concentrar e amplificar não o campo magnético inerente da Lua, mas o campo magnético solar transportado pelo vento solar. Mas esse campo magnético induzido pelo Sol — no máximo, dezenas de nanoteslas — é fraco demais, mesmo quando amplificado, para magnetizar rochas lunares.

As novas simulações, por sua vez, pressupõem que a Lua possuía um campo magnético gerado por dínamo de um a dois microteslas, cerca de 50 vezes mais fraco que o da Terra, mas ainda 100 vezes mais forte que o campo gerado pelo Sol. Com base nisso, elas demonstram que a intensidade do campo magnético comprimido por plasma no ponto antípoda de um impacto poderia atingir um máximo de 180 microteslas acima da superfície a uma altitude de 700 km, uma amplificação por um fator de 120. Embora a intensidade do campo na superfície tenha sido diminuída pela dissipação dentro da crosta lunar, a intensidade do campo resultante na superfície ainda era de cerca de 43 microteslas.

O estudo do MIT também mostrou como impactos polares levaram preferencialmente a regiões de maior concentração magnética, já que a nuvem de plasma radiante seguiu as linhas naturais do campo magnético que se estendiam das regiões polares. O plasma irradiado por impactos equatoriais encontrou resistência magnética e não se concentrou tão densamente no local antípoda.

“Há grandes partes do magnetismo lunar que ainda não foram explicadas. Mas a maioria dos fortes campos magnéticos medidos por espaçonaves em órbita pode ser explicada por esse processo — especialmente no lado oculto da Lua”, disse Narrett em um comunicado à imprensa .

Trabalhando em conjunto

Mas ainda há dúvidas se esse processo resultou em força de campo magnético suficiente para criar o magnetismo que ainda existe hoje, quase quatro bilhões de anos depois. A equipe de Narrett acredita que a resposta é sim — se outro mecanismo simultâneo funcionou com a onda de plasma que chegava.

A força do impacto de um asteroide que formasse uma bacia também teria enviado ondas de choque sísmicas que se irradiariam pelo interior da Lua, as quais se refocariam a partir de abaixo da superfície, no local antípoda do impacto. Tal impacto, vindo de dentro da Lua, já havia sido postulado como a fonte do magnetismo superficial regional, mas a chegada simultânea de ondas sísmicas internas e de uma nuvem de plasma externa não havia sido investigada anteriormente.

Os ejetos balísticos de um impacto que formou uma bacia lunar levaram até quatro horas para chegar ao local antípoda do impacto. Mas a onda de plasma chegou muito antes, aproximadamente ao mesmo tempo que as ondas sísmicas do impacto que transitaram pelo interior da Lua e se concentraram no antípoda. O choque sísmico teria sido poderoso o suficiente para desestabilizar o spin dos elétrons nos átomos das rochas ali presentes. Isso preparou o terreno para que o pico temporário do campo magnético reorientasse os elétrons e magnetizasse a rocha.

"Por várias décadas, houve uma espécie de enigma sobre o magnetismo da Lua — seria de impactos ou de um dínamo? E aqui estamos dizendo que é um pouco dos dois", disse Oran. "E é uma hipótese testável, o que é ótimo."

Algumas das misteriosas regiões magnéticas da Lua ficam perto do polo sul, onde estão planejados os pousos tripulados da sonda Artemis. Em breve, a sonda Artemis retornará com um tesouro de amostras lunares e, potencialmente, fornecerá informações básicas sobre esse fascinante possível mecanismo para o estranho magnetismo lunar.

Astronomy.com