La luna, Mercurio e molti corpi progenitori di meteoriti contengono una crosta magnetizzata, che è comunemente attribuito a un'antica dinamo a nucleo. Un'ipotesi alternativa di vecchia data suggerisce l'amplificazione del campo magnetico interplanetario e del campo indotto della crosta (campo crostale) tramite plasma generato da impatti di meteoroidi. In un nuovo rapporto ora pubblicato su Progressi scientifici , Rona Oran e un gruppo di ricerca nei Dipartimenti di Scienze della Terra e Planetarie, Geoscienze e scienze spaziali negli Stati Uniti, La Germania e l'Australia hanno dimostrato che sebbene i plasmi da impatto possano migliorare temporaneamente il campo all'interno della luna, i campi risultanti erano almeno tre ordini di grandezza troppo deboli per spiegare le anomalie magnetiche della crosta lunare. Il team ha utilizzato simulazioni magnetoidrodinamiche e di impatto insieme a relazioni analitiche in questo lavoro per mostrare che la dinamo centrale (e non i plasmi generati dall'impatto di un asteroide) è l'unica possibile fonte di magnetizzazione sulla luna.

La dinamo lunare e la crosta lunare

I campi magnetici generati induttivamente all'interno di un fluido planetario vengono generati tramite il processo a dinamo. La luna attualmente manca di un campo magnetico dinamo centrale, ma a partire dall'era Apollo, gli scienziati hanno dimostrato che la crosta lunare conteneva magnetizzazione residua. Secondo gli studi, il campo magnetizzante probabilmente ha raggiunto decine di microtesla più di 3,56 miliardi di anni fa, però, l'origine delle più forti anomalie crostali lunari e la loro fonte di magnetizzazione rimangono misteri di vecchia data. Gli studi precedenti implicano l'esistenza di un meccanismo di dinamo non convettivo fondamentalmente diverso sulla luna.

Più specificamente, l'ipervelocità risultante dagli impatti di asteroidi può vaporizzare e ionizzare i materiali della crosta lunare per rilasciare direttamente plasma nel vento. Poiché le anomalie più forti e più grandi della crosta lunare si trovano direttamente agli antipodi (siti geografici) di quattro giovani grandi bacini, i ricercatori ipotizzano che i plasmi da impatto abbiano inghiottito la luna e compresso il campo magnetico interplanetario (IMF) per causare un campo crostale potenziato all'antipodo. Orano et al. ha affrontato le lacune esistenti introducendo modelli autoconsistenti di plasmi e campi magnetici post-impatto per spiegare la diffusione e la dissipazione del campo all'interno della luna, insieme a considerazioni analitiche riviste. Per realizzare questo, il team ha combinato simulazioni di fisica degli urti dello scavo del bacino e della generazione di vapore con simulazioni magnetoidrodinamiche (MHD).

Gli scienziati hanno utilizzato il codice di fisica degli urti iSALE-2-D per eseguire simulazioni di formazione di bacini d'impatto, un multimateriale, codice multireologico in due dimensioni (2-D). Hanno anche condotto simulazioni MHD (magnetoidrodinamiche) 3D inclusa l'interazione della luna, il vento solare e il vapore. Durante le simulazioni MHD, Orano et al. utilizzato il codice Block Adaptive Tree Solar-Wind Roe Upwind Scheme (abbreviato BATS-R-US), in grado di modellare l'evoluzione del campo magnetico all'interno di corpi resistivi. Si sono poi concentrati sul bacino della luna Imbrium, noto anche come l'occhio destro dell'uomo leggendario nella luna; formata da una collisione di asteroidi o protopianeti. La regione antipodale dell'Imbrium contiene attualmente alcune delle più forti anomalie magnetiche osservate dall'orbita. Hanno simulato il metodo di formazione del bacino basato su impattori, compresa la generazione di vapore e lo scavo del bacino. Il plasma da impatto in espansione della simulazione ha creato una cavità magnetica e ha potenziato il campo magnetico interplanetario (IMF) alla sua periferia, facendo accumulare contro il vapore il FMI trasportato dal vento.

Studio dello spazio dei parametri di diversi scenari di impatto

All'inizio, gli strati esterni resistivi della luna distrussero il flusso magnetico a una velocità paragonabile a quella dell'espansione del vapore. Questo tasso di perdita del campo magnetico era coerente con le stime teoriche che hanno contribuito a rimuovere l'energia magnetica dal sistema. La diffusione 3-D del campo nel mantello e nella crosta ha permesso al campo di scivolare attorno al nucleo invece di essere ancorato all'interno. I risultati non hanno indicato la conservazione dell'energia magnetica o la convergenza del campo. Il lavoro ha inoltre indicato che i campi amplificati al plasma non possono spiegare la magnetizzazione crostale e l'amplificazione più forte si è verificata molto al di sopra della superficie della luna. Un ulteriore meccanismo che avrebbe potuto limitare l'effetto antipodale era la riconnessione magnetica, anche se il fenomeno non si è verificato a causa dell'assenza di geometria di campo antiparallelo. Qualsiasi flusso magnetico spinto verso l'antipodo si dissipava all'interno della luna o veniva allontanato dal vapore.

Orano et al. ha simulato sette scelte aggiuntive per il rilevamento IMF (campo magnetico interplanetario), inclusa la velocità del vento solare, impatto sulla posizione e impatto sulle proprietà fisiche del cloud, con diverse combinazioni di parametri. Hanno usato diversi casi per esplorare posizioni di impatto alternative e orientamenti relativi dell'FMI e della velocità del vento solare. La più grande amplificazione complessiva nella cresta si è verificata nei casi in cui la posizione dell'impatto e l'orientamento relativo del FMI e la velocità del vento solare erano simili.

Miglioramento del campo dovuto all'espansione del vapore nel vento solare

Le simulazioni MHD (magnetoidrodinamiche) hanno mostrato come l'espansione del vapore abbia potenziato il campo magnetico interplanetario (IMF) trasportato dal vento solare, presentando un ostacolo al vento, e causando la decelerazione e l'accumulo. La fonte dell'energia magnetica compressa dell'IMF conteneva l'energia cinetica del vento a monte e il livello di amplificazione era coerente con le regioni accumulate sulle comete e la ionosfera di Venere, mentre inferiore al rapporto di compressione del FMI stimato per i plasmi da impatto sulla luna. Il team ha anche scoperto che la resistività della crosta è il principale fattore che inibisce il potenziamento del campo magnetico all'interno della luna. L'evoluzione del campo magnetico è avvenuta su una struttura complessa come si evince dalle simulazioni, che porta alla rimozione del flusso dalla crosta e dal mantello superiore, dove la crosta lunare riduceva efficacemente l'energia magnetica in caso di esposizione a una cavità magnetica. Questo risultato inaspettato era dovuto all'espansione del vapore che si è verificata dopo l'impatto, facendo sì che il campo magnetico interplanetario in arrivo cambi direzione e gradualmente isoli magneticamente la luna dal campo magnetico interplanetario.

L'ipotesi del campo magnetico amplificato dall'impatto è un'alternativa principale all'origine della dinamo del nucleo della magnetizzazione crostale nella luna e in altri corpi interplanetari. Però, questo lavoro ha mostrato come tali campi siano troppo deboli per spiegare le forti anomalie crostali lunari e le paleointensità dei campioni Apollo. Orano et al. quindi sostenere la proposta del paleomagnetismo lunare come registrazione dell'azione della dinamo sulla luna. I plasmi da impatto possono ancora essere un meccanismo praticabile per magnetizzare alcune regioni della crosta se si formano in presenza di un preesistente campo nucleo-dinamo sulla luna, tali interazioni restano da approfondire con simulazioni magnetoidrodinamiche.

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