¿Tuvo la Luna alguna vez una magnetósfera?

En unos años, la NASA enviará astronautas a la Luna por primera vez desde la Era Apolo (1969-1972). Como parte del Programa Artemis , el objetivo a largo plazo es crear la infraestructura necesaria para un «programa sostenido de exploración lunar». Las oportunidades que esto presentará para la investigación lunar son profundas y probablemente darán lugar a nuevos descubrimientos sobre la formación y evolución de la Luna.

En particular, los científicos esperan investigar el antiguo misterio de si la Luna tenía o no una magnetosfera. Anticipándose a lo que los científicos podrían encontrar, un equipo internacional de geofísicos dirigido por la Universidad de Rochester examinó muestras de material lunar traídas por los astronautas del Apolo. Basándose en la composición de estas muestras, el equipo determinó que la dínamo de la Luna fue de corta duración.

La investigación fue dirigida por John A. Tarduno, William R. Kenan Jr., profesor de geofísica y decano de investigación de Artes, Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Rochester. A él se unieron investigadores del Departamento de Ciencias de la Tierra y Ambientales de Rochester, el Instituto de Ciencias Planetarias (PSI), la Universidad Tecnológica de Michigan (MTU), el Servicio Geológico de Japón y universidades de Estados Unidos, Reino Unido, Canadá y Francia.

Por el bien de su estudio, el equipo examinó muestras de vidrio lunar de un cráter de impacto joven (de unos 2 millones de años). Este impacto provocó que el material de la superficie se mezclara con el material del manto que se remonta poco después de la formación de la Luna (hace unos 4.500 millones de años). En el pasado, el examen de las rocas lunares ha revelado indicios de una fuerte magnetización similar a la de la Tierra, lo que indica una exposición a un campo magnético.

En el caso de la Tierra, nuestro campo magnético planetario (también conocido como magnetosfera) es el resultado de una geodinamo profunda en el núcleo de nuestro planeta. Esto se crea por el movimiento del núcleo externo fundido alrededor del núcleo interno sólido, que genera las poderosas corrientes eléctricas que forman el campo magnético de la Tierra. Durante algún tiempo, los científicos han entendido el importante papel que juega nuestro campo magnético en el mantenimiento de la habitabilidad aquí en la Tierra.

Si no fuera por este campo, la superficie de nuestro planeta sería bombardeada por intensas cantidades de radiación solar y rayos cósmicos. Además, la interacción con partículas cargadas del Sol (viento solar) habría despojado lentamente nuestra atmósfera en el transcurso de eones (que es lo que sucedió en Marte). Si bien la Luna no tiene un campo magnético del que hablar hoy, lo tuvo en un momento, lo que plantea la pregunta de cuánto tiempo existió.

Además, los científicos tienen muchas preguntas sin resolver sobre cómo la Luna pudo haber sostenido un campo magnético dado su tamaño y masa. Como explicó Tarduno en un reciente lanzamiento de Rochester Newscenter:

“Este es un nuevo paradigma para el campo magnético lunar. Desde las misiones Apolo, ha existido la idea de que la luna tenía un campo magnético que era tan fuerte o incluso más fuerte que el campo magnético de la Tierra hace alrededor de 3.700 millones de años.

El núcleo de la luna es realmente pequeño y sería difícil impulsar ese tipo de campo magnético. Además, las mediciones anteriores que registran un campo magnético alto no se realizaron mediante experimentos de calentamiento. Utilizaron otras técnicas que pueden no registrar con precisión el campo magnético «.

Durante años, Tarduno ha sido un líder en el campo del paleomagnetismo, donde los geofísicos estudian el desarrollo del campo magnético de la Tierra para aprender más sobre la evolución planetaria, el cambio ambiental y cómo estos están interrelacionados. Usando láseres de dióxido de carbono (CO ₂ ), Tarduno y su equipo calentaron las muestras de vidrio lunar durante cortos períodos de tiempo, luego midieron sus señales magnéticas usando magnetómetros superconductores de alta sensibilidad.

Esto les permitió obtener lecturas más precisas de su magnetización sin alterarlas, lo que puede haber sido un factor en el pasado y conducido a resultados engañosos. Desafortunadamente, los investigadores determinaron que las lecturas que obtuvieron podrían ser el resultado de impactos de meteoritos o cometas, no un campo magnético. De manera similar, su examen de otras muestras mostró que tenían el potencial de registrar fuertes campos magnéticos tipo dínamo de núcleo.

Sin embargo, estas muestras no mostraron ninguna magnetización, otra indicación de que la Luna nunca ha poseído un campo magnético de larga duración. Dijo Tarduno:

“Uno de los problemas con las muestras lunares ha sido que los portadores magnéticos que contienen son bastante susceptibles a la alteración . Al calentar con un láser, no hay evidencia de alteración en nuestras medidas, por lo que podemos evitar los problemas que la gente pudo haber tenido en el pasado.

Si hubiera habido un campo magnético en la luna, las muestras que estudiamos deberían haber adquirido magnetización, pero no es así. Eso es bastante concluyente de que la luna no tenía un campo de dínamo duradero «.

Estos resultados contradicen investigaciones anteriores dirigidas por el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias del MIT, donde el análisis de rocas lunares recolectadas por la misión Apolo 15 sugirió que la Luna tenía un campo magnético tan reciente como hace 1 y 2500 millones de años. Antes de esto, los científicos teorizaron que el campo magnético de la Luna desapareció alrededor de mil millones de años después de su formación (hace unos 3 a 3,5 mil millones de años).

Las implicaciones de estos hallazgos son bastante significativas en términos de nuestra comprensión de la composición y evolución de la Luna. Sin la protección de un campo magnético, la Luna sería susceptible al viento solar, lo que podría haber provocado la implantación de compuestos volátiles en el suelo lunar. Estos incluyen carbono, hidrógeno, agua, pero también compuestos como el helio 3, que no abundan aquí en la Tierra. Dijo Tarduno:

“Nuestros datos indican que deberíamos estar mirando el extremo superior de las estimaciones de helio 3 porque la falta de escudo magnético significa que más viento solar llega a la superficie lunar, lo que resulta en depósitos de helio 3 mucho más profundos de lo que la gente pensaba anteriormente.

“Con los antecedentes proporcionados por nuestra investigación, los científicos pueden pensar de manera más adecuada sobre el próximo conjunto de experimentos lunares a realizar. Estos experimentos pueden centrarse en los recursos lunares actuales y cómo podríamos usarlos y también en el registro histórico de lo que está atrapado en el suelo lunar «.

Cuando los astronautas comiencen a realizar estancias prolongadas en la superficie lunar, necesitarán depender de fuentes locales de hielo y otros recursos para respaldar sus operaciones, un proceso conocido como utilización de recursos in situ (ISRU). Esta investigación podría ayudar a informar la investigación de campo, la creación de infraestructura esencial y la satisfacción de las necesidades de energía. El helio-3, por ejemplo, se usa actualmente para imágenes médicas y criogenia, y algún día podría usarse como combustible para reactores de fusión.

Una magnetosfera de corta duración también significa que la superficie lunar tiene un registro más completo de emisiones de viento solar. Esto podría permitir a los científicos reconstruir un registro de la actividad solar y la evolución del Sol examinando suelos de varias profundidades. El estudio que describe los hallazgos del equipo, titulado » Ausencia de una paleomagnetosfera lunar de larga duración «, apareció recientemente en la revista Science Advances .