PERSPECTIVE NOI ASUPRA MISTERIOSULUI CÂMP MAGNETIC AL LUNII

Încă din era Apollo, oamenii de știință au știut că Luna a avut în trecut un anumit câmp magnetic, pe care în prezent nu îl mai deține. Înțelegerea acestui fenomen este importantă, pentru că ne spune cum sunt generate câmpurile magnetice, cât de mult timp sunt prezente acestea și modul în care dispar. Studii recente asupra unor eșantioane lunare au răspuns unora dintre aceste întrebări însă au lansat chiar mai multe întrebări ce își așteaptă răspunsul.

Eșantioanele lunare aduse de misiunile Apollo arată evidența magnetizării. Rocile sunt magnetizate atunci când sunt încălzite și apoi răcite într-un câmp magnetic. Pe măsură ce acestea se răcesc sub temperatura Curie (cam 800 grade Celsius, depinzând de material), particulele metalice ale rocii se aliniază cu mediul câmpului magnetic și îngheață în această poziție, producând o magnetizare remanentă.

Această magnetizare poate fi de asemenea măsurată din spațiu. Studiile realizate cu ajutorul sateliților orbitali ne arată că magnetizarea Lunii se extinde mult peste regiunile de unde provin eșantioanele culese de astronauții Apollo. Această magnetizare ne conduce spre concluzia că în istoria sa timpurie, Luna trebuie să fi avut un câmp magnetic propriu.

Mare parte a câmpurilor magnetice pe care le cunoaștem în Sistemul Solar sunt generate de un geo-dinam. În general, acesta implică convecția într-un miez cu lichid metaliz, care efectiv mișcă electronii atomilor de metal, creând un curent electric. Acest curent induce un câmp magnetic. Convecția în sine este considerată a fi generată de răcire. Pe măsură ce zonele exterioare se răcesc, porțiunile mai reci se scufundă către interior și permit secțiunilor interioare mai fierbinți să se deplaseze către exterior.

Pentru că Luna este atât de mică un geo-dinam magnetic ce ar fi putut fi activ prin convecția de răcire este de așteptat să se fi oprit cam acum 4,2 miliarde de ani. Așa încât, evidența unei magnetizări ulterioare ar necesita fie o energie, alta decât răcirea pentru a realiza mișcarea unui miez lichid fie un mecanism complet diferit de creare a câmpurilor magnetice.

Experimente de laborator au sugerat o asemenea metodă alternativă. Bazinele largi formate în urma impacturilor pot produce câmpuri magnetice de scurdă durată pe Lună, care ar putea fi înregistrate în materialele ejectate în timpul evenimentului de impact. În fapt, anumite observații asupra magnetizării sunt situate pe Lună la antipod față de marile bazine de impact.

Cum am putea atunci să decidem dacă magnetizarea într-o rocă s-a format printr-un geo-dinam de miez sau dintr-un eveniment de impact? Ei bine, câmpurile magnetice induse de impact durează cam o zi. Dacă o rocă s-a răcit foarte încet, este probabil ca ea să nu înregistreze un asemenea câmp magnetic, cu o durată scurtă, așa încât orice magnetism reținut să fi fost produs de fapt de un geo-dinam. De asemenea, rocile care au fost implicate în impact arată evidența șocului în mineralele sale.

Eșantionul lunar cu numărul 76535, care prezintă evidența unei răciri încete și nu are efecte de soc, deține amprenta unei magnetizări remanente distincte. Aceasta, alăturată vârstei pe care o are eșantionul, sugerează că Luna a avut un miez lichid și un câmp magnetic generat de către geo-dinam acum 4,2 miliarde de ani. Un asemenea geo-dinam miez este logic asociat cu răcirea convectivă. Dar dacă există și eșantioane mai timpurii?

Un studiu recent publicate în ”Știința” de către Erin Shea și colegii săi sugerează o asemenea probabilitate. Erin Shea, studentă licențiată la MIT și echipa sa a studiat eșantionul 10020, un fragment de bazalt recuperat de astronauții Apollo 11. Ei au demonstrat că eșantionul 10020 nu prezintă nici o urmă de impact în mineralele sale și au estimat că eșantionului i-a fost necesar un timp mai mare de 12 zile pentru a se răci, excluzând astfel ideea unui câmp magnetic de impact. Cu toate acestea, studiul arată că eșantionul este puternic magnetizat.

Prin studiul lor, Erin Shea și colegii săi conchid că Luna a avut un puternic geo-dinam magnetic și – de aceea – un miez metalic de mișcare și în urmă cu 3,7 miliarde de ani. Asta înseamnă mult mult timp după ce un geo-dinam cu răcire convectivă ar fi trebuit să se oprească. Nu este totuși clar dacă geo-dinamul a fost continuu activ în perioada 4,2 miliarde de ani (start) – 3,7 miliarde de ani (momentul magnetizării eșantionului), sau dacă mecanismul care a mișcat miezul lichid a fost același în cele două momente, la distanță de 500 milioane de ani. Așa încât, ce căi ar putea exista pentru a menține miezul lichid în mișcare?

O altă cercetare realizată de o echipă de oameni de știință francezi și belgieni sub coordonarea Dr. Le Bars a sugerat că impacturile puternice pot debloca Luna din rotația sa sincronă cu Terra. Aceasta ar putea crea maree în miezul lichid, la fel cu se întâmplă cu oceanele Terrei. Aceste maree de miez ar putea cauza importante distorsiuni la granița dintre miez și crustă, fapt care ar putea conduce la scurgeri importante în miez, creând un geo-dinam.

Într-un alt studiu recent, Dr. Dwyer și colegii său au sugerat că precesia axei de rotație lunare ar putea agita miezul lichid. Proximitatea timpurie a Lunii în raport cu Terra ar fi putut clătina axa Lunii. Această precesie în principiu poate cauza diferite mișcări în miezul lichid și suprapunerea pe crusta solidă, producând o agitație mecanică a miezului, de lungă durată, ce ar putea dura peste un miliard de ani. Dwyer și echipa estimează că un asemenea geo-dinam s-ar fi putut închide natural la 2,7 miliarde de ani după ce Luna s-a îndepărtat de Terra, diminuându-se influența gravitațională a acesteia.

Din păcate, câmpul magnetic sugerat de eșantionul 10020 nu se potrivește niciuneia dintre aceste posibilități. Amândouă aceste modele ar oferi câmpuri magnetice mult prea slabe pentru a produce magnetizarea puternică observată în eșantionul 10020. Va trebui identificată o altă modalitate prin care se fie explicată mobilizarea miezului lichid al Lunii pentru a determina o magnetizare atât de puternică, așa cum a fost înregistrată de noile descoperiri.

Sursa: UniverseToday

Surse adiționale (EN): Erin Shea – A Long-Lived Lunar Core Dynamo (72 pages!);

A long-lived lunar dynamo driven by continuous mechanical stirring;

An impact-driven dynamo for the early Moon.

Observatorul stratosferic al NASA – SOFIA – va ajuta la dezlegarea misterelor galaxiei noastre

Cum a fost posibil ca milioane de stele tinere să se formeze în centrul galaxiei noastre Calea Lactee, în prezența unei găuri negre enorme, cu masa de 4 milioane de ori mai mare ca a soarelui nostru? Acesta și alte subiecte importante își vor găsi răspuns în cadrul misiunii SOFIA a NASA, care este programată să realizeze în lunile următoare primele măsurători științifice.

SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy – Observator stratosferic pentru Astronomia în infraroșu), un avion liner cu reacție 747SP modificat, este cel mai mare observator aerian din lume. Acesta va zbura în stratorsferă, la o altitudine de aproape 14 kilometri, trei sau patru nopți pe săptămână, pentru următorii 20 de ani, rezultând probabil peste 2800 de zboruri. Misiunea telescopului infraroșu este să detecteze mai degrabă radiația fierbinte decât lumina vizibilă. Condus de piloți ai NASA, cele mai multe croaziere ale acestui telescop zburător vor avea durata între 8 și 10 ore, fiecare.

Telescopul SOFIA va oferi cea mai clară panoramă a centrului galaxiei noastre Calea Lactee în lungimi de undă din regiunea infraroșu a spectrului electromagnetic, cu o sensibilitate de 50 și până la 100 de ori mai mare față de aceea a ochiului uman. Aceste lungimi de undă nu reușesc să pătrundă în atmosfera noastră, dar telescopul SOFIA poate detecta această energie infraroșie invizibilă pentru că zboară deasupra zonei cu vapori de apă din atmosferă.

Mare parte a radiaţiei din regiunea situată în vecinătatea găurii negre şi a centrului galactic, aflată la 26.000 de ani depărtare, este emisă pe aceste lungimi de unde. Milioane de stele tinere, grupate foarte apropiat în această regiune, sunt estompate de către enorme cantităţi de praf dar pot fi uşor observate în infraroşu, deoarece lumina în infraroşu poate penetra praful. Aici se produc mai multe formări de stele decât oriunde altundeva în galaxie.

„Vom privi către centrul galaxiei, atât cât vom putea”, a precizat Eric Becklin, profesor emerit în fizică şi astronomie de la UCLA şi consultant ştiinţific şef pentru SOFIA. „Cu SOFIA, vom culege informaţii pe care nu le-am putea obţine în nici un alt mod”.

Tehnologia infraroşu a SOFIA depăşeşte cu mult pe cea utilizată anterior de telescopul aerian al NASA, respectiv KUIPER, primul laborator astronomic aerian din lume, care a realizat peste 1400 de zboruri prin atmosfera superioară a Pământului, între anii 1975-1995.

„Inovaţia la SOFIA o reprezintă noua instrumentaţie. SOFIA are cateva sute de detectori de imagine în infraroşu şi un telescop de 2,5 metri. În comparaţie, KUIPER avea cam 20 de detectori de imagine infraroşu şi un telescop de 0,9 metri. Abilitatea noastră de a face ştiinţă în stratosferă a crescut substanţial, SOFIA fiind un observator perfecţionat”, a mai spus Becklin.

Calea Lactee are un centru galactic relativ mic, după Becklin, care notează că în timp ce găurile negre din centrul altor galaxii pot avea mase de miliarde de ori mai mari ca a soarelui nostru, cea din centrul galaxiei noastre are numai 4 milioane de mase solare.

„SOFIA ne oferă oportunitatea de a înţelege fizica fenomenor ce au loc acolo, studiindu-le în detaliu”, a continuat Becklin. „Eu cred că vom putea realiza foarte bine această cercetare cu SOFIA”.

Studiile realizate de cercetătorii de la UCLA au dezvăluit că formarea stelelor se realizează în prezenţa imediată a unei găuri negre supermasive.

„Presupunerea anterioară a fost că proximitatea unei găuri negre va face imposibilă formarea unei stele, că forţele mareice nu vor permite colapsul unui nor de gaz şi praf pentru a forma o stea. Dar acest lucru totuşi se întâmplă, la numai un an lumină distanţă de gaura neagră”, a afirmat Mark Morris, profesor de fizică şi astronomie la UCLA şi co-preşedinte al comitetului director ştiinţific al misiunii SOFIA, care va participa la zborurile preconizate. „Încercăm să înţelegem, prin observaţii ce utilizează deopotrivă lungimi de undă scurte şi lungi în infraroşu, ce se întâmplă cu praful şi şi gazul stelar de o manieră care să permită formarea unei stele. Avem deja câteva idei.”

Stelele din apropierea găurii negre pot fi observate de la sol pe lungimi de undă mai scurte – de la observatorul W.M, Keck, din Hawaii, spre exemplu, dar studierea prafului emis de către radiaţia de la aceste stele necesită lungimi de undă mai mari, în infraroşu.

„Praful este materia din care sunt formate stelele şi, deopotrivă, materia din care noi suntem formaţi”, afirmă Becklin. „Înţelegerea modului în care stelele se formează în prezenţa prafului şi a gazului este foarte importantă şi ne conduce către cunoaşterea formării propriului sistem solar şi a răspunsului la întrebarea legată de prezenţa noastră pe Terra. Praful şi gazul sunt carămizile de bază ale planetelor şi ale biosferei noastre. Sunt extrem de importante”.

”Nu putem observa planete în centrul galactic – acesta este mult prea departe – dar putem vedea praf în jurul stelelor nou născute și știm că praful este destinat formării planetelor”, a mai precizat Morris. ”Noi putem studia praful și să vedem din ce este compus, iar cunoscându-i compoziția și mărimea granulară, putem modela istoria revoluționară a prafului și îi putem determina grosimea. Mare parte din energia sosită din centrul galactic provine de la praf. Praful absoarbe lumina solară și o re-emite ca și energie în infraroșu; acesta este motivul pentru care observațiile noastre sunt concentrate pe spectrul infraroșu.”

Cantitatea de praf din centrul galactic, cu o întindere de peste 500 de ani lumină, cuprinde probabil un milion de mase solare, a precizat Morris.

”Aș dori să înțeleg care este efectul produs de către gaura neagră asupra stelelor tinere și care este mecanismul conducător acolo”, a adăugat Becklin. ”Noi credem că este materia ce cade în gaura neagră, dar aș dori să știu dacă putem cuantifica și înțelege formarea stelelor și cum ajung stelele foarte tinere să se formeze în această regiune; vorbim de un puzzle astronomic nerezolvat de multă vreme”.

”Formarea stelelor în această regiune este diferită față de alte zone din galaxie pentru că aici gazul este mult mai turbulent, mai fierbinte și mai dens decât în colțul nostru de galaxie, de pildă.”, a spus Morris.

”Oare norii de gaz interstelar formează stele sau se disipează? Depinde de cât de multă energie se află în nor”, răspunde Morris, care precizează că SOFIA va măsura conținutul energetic al mediului interstelar, gazul și praful care inundă spațiul interstelar.

”SOFIA poate face ceva ce puține alte observatoare pot realiza și acest ceva este studiul câmpurilor magnetice”, a spus Becklin. ”Există foarte multe fenomene care se produc chiar în centrul galaxiei și pe care noi nu le înțelegem foarte bine. Aceasta este zona în care Marc (Morris) a făcut multă cercetare. SOFIA poate surprinde câmpurile magnetice din regiunile centrului galactic, acolo unde este praf. Cred că platforma noastră este unica ce plănuiește să facă asemenea măsurători.”

Formarea stelelor este puternic afectată de prezența unui câmp magnetic. Un câmp magnetic destul de puternic poate preveni colapsul unui nor pentru a forma o stea, a explicat Morris.

”Nu știm aproape nimic despre câmpurile magnetice, decât că există o prezență magnetică puternică în centrul galactic. Dorim să știm cât de puternic este acest câmp magnetic și ce fel de efecte produce”.

Becklin și Morris speră de asemenea să afle care sunt sursele energetice ale centrului galactic, și cum acele surse energetice pătrund prin mediul interstelar, inclusiv praful și sunt radiate departe către restul universului.

SOFIA, care decolează de la Centrul de Operațiuni Aeriene al Dryden al NASA, din Palmdale, Calif, poate duce la bord 10-15 oameni într-o cabină presurizată, separată de telescop. SOFIA este un program de cooperare între NASA și Centrul Aerospațial German (DLR)

Mai multe informații despre acest program:  www.sofia.usra.edu.

Sursa: ScienceDaily (Aug. 25, 2010)