Teadlased on aastakümneid väitnud, et Maa ja Kuu süsteem, mis tekkis umbes 4,5 miljardit aastat tagasi Maa ja Marsi suuruse objekti kokkupõrke tagajärjel. See hiiglasliku mõju hüpoteesina tuntud teooria selgitab, miks Maa ja Kuu on oma struktuurilt ja koostiselt sarnased. Huvitaval kombel on teadlased ka kindlaks teinud, et oma varases ajaloos oli Kuul magnetosfäär - sarnaselt Maale tänapäeval.
Uus uuring, mida juhendasid MIT-i teadlased (NASA toetusel), osutab siiski, et korraga võis Kuu magnetväli olla Maa omast tugevam. Samuti suutsid nad selle välja väljakujunemisel seada rangemaid piiranguid, väites, et see oleks juhtunud umbes miljard aastat tagasi. Need leiud on aidanud lahendada mõistatust, milline mehhanism Kuu magnetvälja aja jooksul toitis.
Uuring, mis ilmus hiljuti ajakirjas Teaduse edusammud, juhtis MIT Maa, atmosfääri ja planeediteaduste osakonna eksperimentaalne kivifüüsik Saied Mighani. Temaga liitusid UC Berkeley Berkeley geokronoloogiakeskuse ja Hiina geoteaduste ülikooli liikmed, lisaks toetas EAPSi kuulus professor dr Benjamin Weiss.
Maakera kokkuvõtteks on Maa magnetväli eluks hädavajalik, nagu me seda tunneme. Kui sissetulevad päikesetuule osakesed jõuavad Maale, suunatakse need selle välja poolt kõrvale ja moodustavad Maa ees vibu šoki ja selle taga oleva magnetisaba. Ülejäänud osakesed ladestuvad magnetpoolustele, kus nad interakteeruvad meie atmosfääriga, mis põhjustab kaugemas põhja- ja lõunapoolkeras nähtud aurorae.
Kui see poleks selle magnetvälja jaoks, oleks päikesetuul miljardite aastate jooksul Maa atmosfääri aeglaselt eemaldanud ja muutnud külma, kuiva koha. Arvatakse, et see juhtus Marsil, kus 4,2–3,7 miljardit aastat tagasi kahanes kord paksem õhkkond ja kogu selle pinnal asuv vedel vesi kas kadus või külmus.
Aastate jooksul on Weissi rühm aidanud kuukivimite uurimise abil näidata, et umbes 4 miljardit aastat tagasi oli Kuul ka tugev magnetväli, mille tugevus oli umbes 100 mikrotooli (tänapäeval on Maa umbes 50 mikrotooli). 2017. aastal uurisid nad Apollo astronautide kogutud proove, mis dateeriti umbes 2,5 miljardit aastat tagasi ja leidsid palju nõrgema välja (vähem kui 10 mikrotsooli).
Teisisõnu: Kuu magnetväli, mis nõrgenes viis korda 4–2,5 miljardit aastat tagasi, kadus siis umbes miljard aastat tagasi täielikult. Sel ajal teooriasse pani Weiss ja ta kolleegid, et võib-olla Kuu sisemuses oli kaks dünamomehhanismi, mis vastutavad selle muutuse eest.
Lühidalt öeldes väitsid nad, et esimene dünamoefekt oleks võinud tekitada palju tugevama magnetvälja umbes 4 miljardit aastat tagasi. Siis, 2,5 miljardit aastat tagasi, asendati see teise dünamoga, mis oli pikaealisem, kuid säilitas palju nõrgema magnetvälja. Nagu dr Weiss MIT-i pressiteates selgitas:
„Kuu dünamot toites mehhanismidega on mitu ideed ja küsimus on selles, kuidas aru saada, milline neist seda tegi? Selgub, et kõigil neil jõuallikatel on erinev eluiga. Nii et kui saaksite aru saada, millal dünamo välja lülitus, siis võiksite eristada mehhanisme, mis on kavandatud Kuu dünamo jaoks. See oli selle uue paberi eesmärk. ”
Siiani on alla 3 miljardi aasta vanuste kuukivimite saamine olnud suur väljakutse. Selle põhjus on seotud asjaoluga, et vulkaaniline tegevus, mis oli Kuul tavaline 4 miljardit aastat tagasi, lakkas umbes 3 miljardit aastat tagasi. Õnneks suutis MIT-meeskond tuvastada kaks Apollo astronautide saadud kuukivimiproovi, mis loodi miljard aastat tagasi toimunud löögi tagajärjel.
Kuigi need kivid olid löögi abil sulatatud ja seejärel tahkestatud, kustutades protsessi käigus nende magnetilise kirje, suutis meeskond nendega katsetada, et rekonstrueerida nende magnetiline signatuur. Esiteks analüüsisid nad kivimi elektronide orientatsiooni, mida Weiss kirjeldab kui “väikseid kompasse”, kuna need kas joonduksid olemasoleva magnetvälja suunas või ilmuksid juhusliku orientatsiooni korral nende puudumisel.
Mõlemas proovis vaatas meeskond viimast, mis näitas, et kivimid moodustasid äärmiselt nõrga magnetvälja, mille suurus ei ületa 0,1 mikrotooli (võimalik, et neid pole üldse). Sellele järgnes radiomeetriline tutvumistehnika, mida selle uuringu jaoks kohandasid Weiss ja David L. Shuster (Berkeley geokronoloogiakeskuse teadur ja uuringu kaasautor). Need tulemused kinnitasid, et kivimid olid tõepoolest miljard aastat vanad.
Lõpuks viis meeskond proovidega läbi soojustestid, et teha kindlaks, kas need suudavad löögi ajal head magnetrekordit anda. See seisnes mõlema proovi paigutamises ahju ja kokkupuutel kõrge temperatuuriga, mille löök oleks tekitanud. Jahutamisel paljastasid nad laboris kunstlikult tekitatud magnetvälja ja kinnitasid, et on võimelised seda salvestama.
Need tulemused kinnitavad, et meeskonna poolt algselt mõõdetud magnetiline tugevus (0,1 mikrotooli) on täpne ja miljardi aasta eest oli Kuu magnetvälja toitev dünamo tõenäoliselt lõppenud. Nagu Weiss väljendas:
„Magnetväli on see udune asi, mis tungib ruumi, nagu nähtamatu jõuväli. Oleme näidanud, et Kuu magnetvälja tekitanud dünamo suri kuskil 1,5–1 miljardit aastat tagasi ja näib, et see on voolutatud Maa-sarnasel viisil. ”
Nagu märgitud, aitab see uuring lahendada ka Kuu dünamot hilisemates etappides juhtinud arutelu. Ehkki on pakutud mitmeid teooriaid, on need uued leiud kooskõlas teooriaga, mille kohaselt vastutab tuuma kristalliseerumine. Põhimõtteliselt väidab see teooria, et Kuu sisemine tuum kristalliseerus aja jooksul, aeglustades elektriliselt laetud vedeliku voolu ja peatades dünamo.
Weiss väidab, et enne seda võis pretsessioon põhjustada palju tugevama (kuid lühiajalise) dünamo toite, mis oleks tekitanud tugeva magnetvälja. See on kooskõlas tõsiasjaga, et 4 miljardit aastat tagasi arvatakse, et Kuu tiirles Maale lähemal. Selle tulemuseks oleks olnud, et Maa gravitatsioonil oleks Kuule palju suurem mõju, põhjustades selle vahevöö vehkimist ja süvendades aktiivsust tuumas.
Kuu rännates aeglaselt Maalt eemale, vähenes pretsessiooni mõju ja magnetvälja tekitav dünamo nõrgenes. Umbes 2,5 miljardit aastat tagasi sai kristalliseerumine domineerivaks mehhanismiks, mille abil Kuu dünamo jätkus, tekitades nõrgema magnetvälja, mis püsis seni, kuni väline tuum kristalliseerus lõpuks miljard aastat tagasi.
Niisugused uuringud võivad aidata lahendada ka mõistatust, miks Veenuse ja Marsi sarnased planeedid kaotasid magnetvälja (aidates kaasa kataklüsmilistele kliimamuutustele) ja kuidas Maa võiks kunagi omaenda kaotada. Arvestades selle tähtsust asustatavusele, võib dünaamikate ja magnetväljade parem mõistmine aidata ka elamiskõlblike eksoplaneetide otsimisel.
