Para onde foi a magnetismo da lua? Cientistas têm se debatido sobre essa questão há décadas, desde que espaçonaves em órbita detectaram indícios de um campo magnético elevado em rochas da superfície lunar. Hoje, a lua não possui magnetismo inerente.
Agora, cientistas do MIT podem ter resolvido o mistério. Eles propuseram que uma combinação de um antigo campo magnético fraco e um grande impacto gerador de plasma pode ter criado temporariamente um campo magnético forte, concentrado no lado oposto da lua.
Em um estudo publicado na revista Science Advances, os pesquisadores demonstram por meio de simulações detalhadas que um impacto, como o de um grande asteroide, poderia ter gerado uma nuvem de partículas ionizadas que brevemente envolveu a lua. Esse plasma teria circulado ao redor da lua e se concentrado na localização oposta ao impacto inicial. Nesse lugar, o plasma teria interagido com o fraco campo magnético da lua, amplificando-o momentaneamente. Qualquer rocha na região poderia ter registrado sinais da magnetização elevada antes que o campo se dissipasse rapidamente.
Essa combinação de eventos poderia explicar a presença de rochas altamente magnéticas detectadas em uma região próxima ao polo sul, no lado oposto da lua. Coincidentemente, uma das maiores bacias de impacto — a bacia Imbrium — está localizada exatamente no ponto oposto no lado próximo 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 da magnetização lunar que ainda não estão explicadas,” diz o autor principal Isaac Narrett, estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosfera e Planetária do MIT. “Mas a maioria dos fortes campos magnéticos que são medidos por espaçonaves em órbita podem ser explicados por esse processo — especialmente no lado oposto da lua.”
Os co-autores de Narrett incluem Rona Oran e Benjamin Weiss do MIT, juntamente 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 ciência nuclear e engenharia no MIT, também contribuiu com insights e conselhos.
Além do sol
Cientistas sabem há décadas que a lua contém restos de um forte campo magnético. Amostras da superfície lunar, trazidas por astronautas nas missões Apollo da NASA nas décadas de 1960 e 70, assim como medições globais da lua realizadas remotamente por espaçonaves em órbita, mostram sinais de magnetismo remanescente nas rochas da superfície, especialmente no lado oposto da lua.
A explicação típica para o magnetismo da superfície é um campo magnético global, gerado por um “dínamo” interno, ou um núcleo de material derretido e agitado. A Terra, hoje, gera um campo magnético através de um processo de dínamo, e acredita-se que a lua pode ter feito o mesmo, embora seu núcleo muito menor tenha produzido um campo magnético muito mais fraco que talvez não explique as rochas altamente magnetizadas observadas, particularmente no lado oposto da lua.
Uma hipótese alternativa que os cientistas testaram de tempos em tempos envolve um grande impacto que gerou plasma, que 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, eles testaram se um impacto na lua poderia amplificar tal campo solar, o suficiente para explicar as medições altamente magnéticas das rochas da superfície. Aconteceu que não foi o caso, e seus resultados pareceram descartar impactos induzidos por plasma como desempenhando um papel no magnetismo ausente da lua.
Um pico e um tremor
Mas em seu novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente. Em vez de considerar o campo magnético do sol, eles assumiram que a lua já abrigou um dínamo que produzia um campo magnético próprio, embora fraco. Dada a dimensão de seu núcleo, eles estimaram que tal campo teria cerca de 1 microtesla, ou 50 vezes mais fraco que o campo da Terra hoje.
A partir desse 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 enquanto a força do impacto vaporiza o material da superfície. Eles adaptaram um segundo código, desenvolvido por colaboradores da 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 no espaço, enquanto o restante circularia ao redor da lua e se concentraria no lado oposto. Ali, o plasma comprimiria e amplificaria brevemente o fraco campo magnético da lua. Todo esse processo, desde o momento em que o campo magnético foi amplificado até o tempo em que ele decaiu de volta ao nível básico, teria sido incrivelmente rápido — cerca de 40 minutos, diz Narrett.
Esse breve intervalo teria sido suficiente para que as rochas ao redor registrassem o pico magnético momentâneo? Os pesquisadores afirmam que sim, com a ajuda de outro efeito relacionado ao impacto.
Eles descobriram que um impacto do tamanho da bacia Imbrium teria enviado uma onda de pressão pela lua, semelhante a um choque sísmico. Essas ondas se convergiriam do outro lado, onde o choque “tremeu” as rochas circundantes, perturbando brevemente os elétrons dessas rochas — as partículas subatômicas que naturalmente orientam seus spins em relação a qualquer campo magnético externo. Os pesquisadores suspeitam que as rochas foram chocadas exatamente quando o plasma do impacto amplificou o campo magnético da lua. À medida que os elétrons das rochas voltavam ao seu estado de equilíbrio, assumiram uma nova orientação, alinhada com o campo magnético elevado momentâneo.
“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 voltam ao chão, elas o fazem 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 oposto. Uma maneira de confirmar isso é coletar amostras das rochas em busca de sinais de choque e alta magnetização. Isso pode ser uma possibilidade, já que as rochas estão localizadas do lado oposto, perto do polo sul lunar, onde missões como o programa Artemis da NASA planejam explorar.
“Por várias décadas, houve uma espécie de enigma sobre o magnetismo da lua — é oriundo de impactos ou de um dínamo?” diz Oran. “E aqui estamos dizendo, é um pouco de ambos. 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.
