¿Adónde se fue el magnetismo de la Luna? Los científicos se han preguntado sobre esta cuestión durante décadas, desde que una sonda espacial en órbita detectó indicios de un alto campo magnético en las rocas de la superficie lunar. La Luna en sí misma carece de magnetismo inherente en la actualidad.

Ahora, científicos del MIT podrían haber resuelto el misterio. Proponen que la combinación de un antiguo campo magnético débil y un gran impacto generador de plasma podría haber creado temporalmente un intenso campo magnético, concentrado en la cara oculta de la Luna.

En un estudio publicado hoy en la revista Science Advances, los investigadores demuestran mediante simulaciones detalladas que un impacto, como el de un gran asteroide, podría haber generado una nube de partículas ionizadas que envolvió brevemente la Luna. Este plasma habría circulado alrededor de la Luna y se habría concentrado en el punto opuesto al del impacto inicial. Allí, el plasma habría interactuado con el débil campo magnético lunar, amplificándolo momentáneamente. Cualquier roca en la región podría haber registrado indicios del aumento del magnetismo antes de que el campo se desvaneciera rápidamente.

Esta combinación de eventos podría explicar la presencia de rocas altamente magnéticas detectadas en una región cercana al polo sur, en la cara oculta de la Luna. Casualmente, una de las mayores cuencas de impacto —la cuenca Imbrium— se encuentra justo en el punto opuesto, en la cara visible de la Luna. Los investigadores sospechan que el elemento que provocó ese impacto probablemente liberó la nube de plasma que dio origen al escenario en sus simulaciones.

“Gran parte del magnetismo lunar aún no se ha explicado”, afirma el autor principal, Isaac Narrett, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. “Pero la mayoría de los intensos campos magnéticos medidos por naves espaciales en órbita pueden explicarse mediante este proceso, especialmente en la cara oculta de la Luna”.

Entre los coautores de Narrett se encuentran Rona Oran y Benjamin Weiss, del MIT; Katarina Miljkovic, de la Universidad de Curtin; Yuxi Chen y Gábor Tóth, de la Universidad de Michigan en Ann Arbor; y Elias Mansbach, doctorando (promoción 24) de la Universidad de Cambridge. Nuno Loureiro, profesor de ciencias e ingeniería nuclear del MIT, también contribuyó con ideas y consejos.

Más allá del sol

Los científicos saben desde hace décadas que la Luna alberga remanentes de un intenso campo magnético. Las muestras de la superficie lunar, traídas por los astronautas de las misiones Apolo de la NASA en las décadas de 1960 y 1970, así como las mediciones globales de la Luna tomadas remotamente por naves espaciales en órbita, muestran indicios de magnetismo remanente en las rocas superficiales, especialmente en la cara oculta de la Luna.

La explicación típica del magnetismo superficial es un campo magnético global, generado por una dinamo interna, o un núcleo de material fundido en agitación. La Tierra genera actualmente un campo magnético mediante un proceso de dinamo, y se cree que la Luna pudo haber hecho lo mismo en el pasado, aunque su núcleo, mucho más pequeño, habría producido un campo magnético mucho más débil que podría no explicar las rocas altamente magnetizadas observadas, sobre todo en la cara oculta de la Luna.

Una hipótesis alternativa que los científicos han probado ocasionalmente implica un impacto gigante que generó plasma, el cual a su vez amplificó cualquier campo magnético débil. En 2020, Oran y Weiss probaron esta hipótesis con simulaciones de un impacto gigante en la Luna, en combinación con el campo magnético generado por el Sol, que es débil al extenderse hacia la Tierra y la Luna.

En simulaciones, comprobaron si un impacto en la Luna podría amplificar dicho campo solar, lo suficiente como para explicar las mediciones de alto magnetismo de las rocas superficiales. Resultó que no era así, y sus resultados parecieron descartar que los impactos inducidos por plasma influyeran en la pérdida de magnetismo lunar.

Un pico y un temblor

Pero en su nuevo estudio, los investigadores adoptaron un enfoque diferente. En lugar de considerar el campo magnético del Sol, asumieron que la Luna albergó una dinamo que producía un campo magnético propio, aunque débil. Dado el tamaño de su núcleo, estimaron que dicho campo habría sido de aproximadamente 1 microtesla, o 50 veces más débil que el campo magnético actual de la Tierra.

Partiendo de este punto de partida, los investigadores simularon un gran impacto en la superficie lunar, similar al que habría creado la cuenca Imbrium, en la cara visible de la Luna. Utilizando simulaciones de impacto de Katarina Miljkovic, el equipo simuló la nube de plasma que dicho impacto habría generado al vaporizar la superficie. Adaptaron un segundo código, desarrollado por colaboradores de la Universidad de Michigan, para simular cómo fluiría el plasma resultante e interactuaría con el débil campo magnético lunar.

Estas simulaciones mostraron que, al surgir una nube de plasma tras el impacto, una parte se habría expandido hacia el espacio, mientras que el resto se habría desplazado alrededor de la luna y se habría concentrado en el lado opuesto. Allí, el plasma se habría comprimido y amplificado brevemente el débil campo magnético lunar. Todo este proceso, desde el momento en que el campo magnético se amplificó hasta que se desintegró a su valor inicial, habría sido increíblemente rápido: alrededor de 40 minutos, según Narrett.

¿Habría sido suficiente este breve lapso para que las rocas circundantes registraran el pico magnético momentáneo? Los investigadores afirman que sí, con la ayuda de otro efecto relacionado con el impacto.

Descubrieron que un impacto de la escala del Imbrium habría enviado una onda de presión a través de la luna, similar a una sacudida sísmica. Estas ondas habrían convergido hacia el otro lado, donde la sacudida habría "sacudido" las rocas circundantes, alterando brevemente sus electrones (las partículas subatómicas que orientan naturalmente sus espines hacia cualquier campo magnético externo). Los investigadores sospechan que las rocas sufrieron la sacudida justo cuando el plasma del impacto amplificó el campo magnético lunar. A medida que los electrones de las rocas se asentaron, asumieron una nueva orientación, en consonancia con el alto campo magnético momentáneo.

“Es como lanzar una baraja de 52 cartas al aire, en un campo magnético, y cada carta tiene una aguja de brújula”, dice Weiss. “Cuando las cartas vuelven al suelo, lo hacen con una nueva orientación. Ese es esencialmente el proceso de magnetización”.

Los investigadores afirman que esta combinación de una dinamo y un gran impacto, sumada a la onda expansiva del impacto, es suficiente para explicar el alto grado de magnetismo de las rocas superficiales de la Luna, especialmente en la cara oculta. Una forma de confirmarlo es tomar muestras directamente de las rocas para detectar indicios de impacto y alto magnetismo. Esto podría ser una posibilidad, ya que las rocas se encuentran en la cara oculta, cerca del polo sur lunar, donde misiones como el programa Artemis de la NASA planean explorar.

Durante varias décadas, ha existido una especie de enigma sobre el magnetismo de la Luna: ¿se debe a impactos o a una dinamo? —dice Oran—. Y aquí estamos diciendo que es un poco de ambos. Y es una hipótesis comprobable, lo cual es positivo.

Las simulaciones del equipo se realizaron utilizando la SuperCloud del MIT. Esta investigación contó con el apoyo parcial de la NASA.

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