La duración de la dinamo lunar puede haberse extendido por al menos 2.000 millones de años

Los hallazgos sugieren que dos mecanismos pueden haber motorizado el antiguo y agitado núcleo fundido de la Luna

Los astrónomos informan que una roca lunar recogida por la misión Apolo 15 de la NASA muestra signos de haberse formado hace 1.000 a 2.500 millones de años, con un campo magnético relativamente débil de aproximadamente 5 microteslas. Eso es alrededor de 10 veces más débil que el campo magnético actual de la Tierra, pero todavía 1.000 veces más grande que los campos en el espacio interplanetario actualmente.

La muestra de roca lunar traída por Apolo 15, que fue analizada por investigadores del MIT y de la Universidad de Rutgers, consiste en fragmentos de basalto soldados entre sí por una matriz vidriosa oscura producida por la fusión de un impacto de meteorito. El cubo de escala negro tiene un centímetro de diámetro.

Crédito: NASA

Nuevas evidencias de antiguas rocas lunares sugieren que una dinamo activa se revolvió en el núcleo metálico fundido de la luna, generando un campo magnético que duró por lo menos mil millones de años más de lo que se pensaba anteriormente. Las dínamos son generadores naturales de campos magnéticos alrededor de los cuerpos terrestres, y son impulsadas ​​por la agitación de fluidos conductores dentro de muchas estrellas y planetas. Investigadores del MIT y Rutgers University informan que una roca lunar recogida por la misión Apolo 15 de la NASA muestra signos de haberse formado  hace 1.000 a 2.500 millones de años con un campo magnético relativamente débil de aproximadamente 5 microteslas . Eso es alrededor de 10 veces más débil que el campo magnético actual de la Tierra, pero todavía 1.000 veces más grande que los campos en el espacio interplanetario actualmente.

Hace varios años, los mismos investigadores identificaron las rocas lunares de 4 mil millones de años que se formaron bajo un campo mucho más fuerte de aproximadamente 100 microteslas, y determinaron que la fuerza de este campo cayó precipitadamente hace aproximadamente 3 mil millones de años. En ese momento, los investigadores no estaban seguros si la dinamo de la luna – el campo magnético relacionado – se extinguió poco después o permaneció en un estado debilitado antes de disiparse completamente.

Los resultados reportados hoy apoyan el último escenario: Después de que el campo magnético de la luna disminuyó, sin embargo persistió por lo menos otros mil millones de años, haciendo una existencia total de al menos 2 mil millones de años.

El coautor del estudio, Benjamin Weiss, profesor de ciencias planetarias en el Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) del MIT, dice que esta nueva vida ampliada ayuda a identificar los fenómenos que impulsaron la dinamo de la luna. Específicamente, los resultados plantean la posibilidad de dos mecanismos diferentes – uno que pudo haber impulsado una dínamo anterior, mucho más fuerte, y un segundo que mantuvo el núcleo de la luna a fuego lento hasta el final de su vida.

“El concepto de un campo magnético planetario producido por el movimiento de metal líquido es una idea que tiene realmente sólo unas décadas de edad”, dice Weiss. “Lo que potencia este movimiento en la Tierra y otros cuerpos, particularmente en la luna, no está bien entendido, podemos entender esto sabiendo la vida de la dinamo lunar”.

Los coautores de Weiss son la autora principal Sonia Tikoo, una ex estudiante de posgrado del MIT que ahora es profesora asistente en Rutgers; David Shuster de la Universidad de California en Berkeley; Clément Suavet y Huapei Wang de EAPS; Y Timothy Grove, el R. R. Schrock Profesor de Geología y jefe asociado de EAPS.

Los registros de cristal de Apolo

Desde que los astronautas de las misiones Apolo trajeron muestras de la superficie lunar, los científicos han encontrado que algunas de estas rocas son  “grabadoras” exactas del antiguo campo magnético de la luna. Tales rocas contienen miles de granos diminutos que, como las agujas de la brújula, se alinean en la dirección de campos antiguos cuando las rocas cristalizaron hace eones. Estos granos pueden dar a los científicos una medida de la antigua fuerza de campo de la luna.

Hasta hace poco, Weiss y otros habían sido incapaces de encontrar muestras mucho más jóvenes que 3.200 millones de años de antigüedad que pudieran registrar con precisión los campos magnéticos. Como resultado, sólo habían podido medir la fuerza del campo magnético de la luna entre 3.200 y 4.200 millones de años.

“El problema es que hay muy pocas rocas lunares que tengan menos de 3.000 millones de años, porque justo en ese entonces la luna se enfrió, el volcanismo cesó en gran medida y, junto con él, la formación de nuevas rocas ígneas en la superficie lunar”, explica Weiss. “Así que no había muestras jóvenes que pudiéramos medir para ver si hubo un campo magnético  más joven que 3 mil millones de años”.

Hay, sin embargo, una pequeña clase de rocas traídas de las misiones Apolo que no se formó a partir de antiguas erupciones lunares, sino de impactos de asteroides más tarde en la historia de la luna. Estas rocas se derritieron con el calor de tales impactos y se recristalizaron en orientaciones determinadas por el campo magnético de la luna.

Weiss y sus colegas analizaron una de esas rocas, conocida como Apolo 15 muestra 15498, que fue originalmente recogida el 1 de agosto de 1971, desde el borde sur del cráter lunar Dune. La muestra es una mezcla de minerales y fragmentos de roca, soldados entre sí por una matriz vítrea, cuyos granos conservan los registros del campo magnético de la Luna en el momento en que se ensambló la roca.

“Encontramos que este material vítreo que suelda los componentes tiene excelentes propiedades de grabación magnética”, dice Weiss.

Horneando rocas

El equipo determinó que la muestra de roca tenía entre 1 y 2.500 millones de años de antigüedad, mucho más joven que las muestras previamente analizadas. Desarrollaron una técnica para descifrar el antiguo campo magnético registrado en la matriz vítrea de la roca midiendo primero las propiedades magnéticas naturales de la roca usando un magnetómetro muy sensible. A continuación, expusieron la roca a un campo magnético conocido en el laboratorio, y calentaron la roca para acercarse a las temperaturas extremas en las que se formó originalmente. Ellos midieron cómo la magnetización de la roca cambió a medida que aumentaban la temperatura ambiente.

“Usted ve cual es el grado de magnetización que consigue calentado en ese campo magnético conocido, después usted compara ese campo con el campo magnético natural que usted midió de antemano, y de eso usted puede calcular cuál era la fuerza antigua del campo”, explica Weiss.

Los investigadores tuvieron que hacer un ajuste significativo al experimento para simular mejor el ambiente lunar original, y en particular, su atmósfera. Mientras que la atmósfera de la Tierra contiene alrededor del 20 por ciento de oxígeno, la luna tiene sólo huellas imperceptibles del gas. En colaboración con Grove, Suavet construyó un horno personalizado y desprovisto de oxígeno para calentar las rocas, evitando que se oxiden y simulando al mismo tiempo el ambiente libre de oxígeno en el que las rocas fueron originalmente magnetizadas.

“De esta manera, finalmente hemos conseguido una medición precisa del campo lunar”, dice Weiss.

Desde fabricantes de helado a lámparas de lava

Con sus experimentos, los investigadores determinaron que hace entre 1.000 y 2.500 millones de años, la luna albergaba un campo magnético relativamente débil, con una fuerza de aproximadamente 5 microtesla – dos órdenes de magnitud más débil que el campo de la luna hace entre 3.000 y 4.000 millones de años. Una caída tan dramática sugiere a Weiss ya sus colegas que la dínamo de la luna pudo haber sido impulsada por dos mecanismos distintos.

Los científicos han propuesto que la dínamo de la luna puede haber sido impulsada por la atracción gravitatoria de la Tierra. Al principio de su historia, la Luna orbitó mucho más cerca de la Tierra, y la gravedad de la Tierra, en una proximidad tan cercana, pudo haber sido lo suficientemente fuerte como para atraer y girar el exterior rocoso de la Luna. El centro líquido de la luna puede haber sido arrastrado junto con la corteza externa de la luna, generando un campo magnético muy fuerte en el proceso.

Se cree que la luna pudo haberse movido lo suficientemente lejos de la Tierra hace unos 3 mil millones de años, de tal manera que el poder disponible para la dinamo por este mecanismo se hizo insuficiente. Esto pasa justo en el momento en que la fuerza de campo magnético de la luna cayó. Un mecanismo diferente puede entonces haberse iniciado para sostener este campo debilitado. A medida que la luna se alejaba de la Tierra, su núcleo probablemente mantuvo un bajo punto de ebullición a través de un lento proceso de enfriamiento durante al menos mil millones de años.

“A medida que la luna se enfría, su núcleo actúa como una lámpara de lava – las cosas de baja densidad suben porque está calientes o porque su composición es diferente a la del fluido circundante”, dice Weiss. “Así es como creemos que la dínamo de la Tierra funciona, y eso es lo que sugerimos que la dínamo lunar tardía estaba haciendo también.”

Los investigadores están planeando analizar incluso las rocas lunares más jóvenes para determinar cuándo la dinamo murió completamente.

“Hoy en día el campo magnético de la luna es esencialmente cero”, dice Weiss. “Y ahora sabemos que se apagó en alguna parte entre la formación de esta roca y hoy”.

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA.

Traducción completa de:

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170809142039.htm

Evaporación masiva en el pasado lunar

El galio en las muestras lunares explica la pérdida de los elementos que se evaporan con facilidad en la Luna

por Amelia Ortiz · Publicada 2 agosto, 2017 ·

Ilustración de artista de un cuerpo chocando contra la Tierra primitiva. Una colisión con un gran cuerpo podría haber dado origen a nuestra Luna. Crédito: Pierre Olivier Foucault y Joel Dyon (IPGP).

Una pareja de investigadores del Instituto Universitario de Francia ha hallado más pruebas de que en el pasado se produjo en la Luna un episodio de evaporación masiva. Chizu Kato y Frédéric Moynier han estudiado isótopos de galio en muestras lunares, arrojando luz sobre el proceso de formación de nuestro satélite.

La teoría dominante sobre la formación de la Luna es que un cuerpo celeste chocó contra la Tierra, enviando escombros al espacio que más tarde se juntaron formando la Luna. Sin embargo, las cantidades de ciertos elementos, especialmente de los más ligeros, que se encuentran en las rocas lunares no coinciden con los de las rocas terrestres. Esto significa que se originaron en otro lugar o que algo provocó que cambiaran las cantidades originales.

Kato y Moynier, al igual que otros muchos científicos, piensan que durante un cierto periodo de tiempo después de su formación, la Luna estaba tan caliente que se encontraba completamente recubierta de magma. Sugieren que esto hizo que los isótopos más ligeros se evaporaran al espacio. Para respaldar su teoría, los investigadores han estudiado isótopos de elementos como el potasio y el zinc encontrados en rocas lunares. Comparan la proporción de los más pesados con los de la Tierra para averiguar cuánta cantidad de los más ligeros debería de haberse perdido por evaporación.

Ahora los investigadores han estudiado un isótopo de galio en rocas lunares, encontrando que su punto de ebullición bajo, su resistencia frente a la evaporación durante episodios magnéticos y otras características sugieren que las diferencias entre las cantidades de galio en la Luna y en la Tierra podrían, efectivamente, explicarse por un gran episodio de evaporación, como magma caliente cubriendo la superficie de la Luna. Ese descubrimiento apoya la teoría de que la Luna fue creada por un cuerpo que chocó contra la Tierra.

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