Luna di Titanio: una teoria spiega il variabile magnetismo lunare

Le rocce restituite sulla Terra durante il programma Apollo della NASA dal 1968 al 1972 hanno fornito volumi di informazioni sulla storia della Luna, ma sono state anche la fonte di un mistero scientifico inspiegabile. L’analisi delle rocce ha rivelato che alcune sembravano essersi formate in presenza di un forte campo magnetico, uno che rivaleggiava in forza con quello della Terra. Ma non era chiaro come un corpo delle dimensioni di una luna potesse aver generato un campo magnetico così forte.

Ora, la ricerca guidata da un geoscienziato della Brown University propone una nuova spiegazione per il mistero magnetico della Luna. Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, mostra come gigantesche formazioni rocciose ricche di titanio che affondano attraverso il mantello lunare potrebbero aver prodotto il tipo di convezione interna che genera forti campi magnetici. I processi potrebbero aver prodotto campi magnetici intermittenti forti per i primi miliardi di anni della storia della Luna, esattamente come mostrato dalle rocce lunari.

“Tutto ciò che abbiamo pensato su come i campi magnetici sono generati dai nuclei planetari ci dice che un corpo delle dimensioni della Luna non dovrebbe essere in grado di generare un campo forte come quello terrestre”, ha affermato Alexander Evans, un assistente professore di Terra, scienze ambientali e planetarie alla Brown e coautrice dello studio con Sonia Tikoo della Stanford University. “Ma invece di pensare a come alimentare un forte campo magnetico continuamente per miliardi di anni, forse c’è un modo per ottenere un campo ad alta intensità in modo intermittente. Il nostro modello mostra come ciò può accadere ed è coerente con ciò che sappiamo sull’interno della Luna”.

I corpi planetari producono campi magnetici attraverso quella che è nota come dinamo centrale. La lenta dissipazione del calore provoca la convezione di metalli fusi nel nucleo di un pianeta. La costante agitazione di materiale elettricamente conduttivo è ciò che produce un campo magnetico. È così che si forma il campo magnetico terrestre, che protegge la superficie dalle radiazioni più pericolose del sole.

La Luna è priva di un campo magnetico oggi e i modelli del suo nucleo suggeriscono che probabilmente era troppo piccola e mancava della forza convettiva per aver mai prodotto un campo magnetico rilevante. Affinché un nucleo abbia una forte rotazione convettiva, deve dissipare molto calore. Nel caso della prima Luna, dice Evans, il mantello che circondava il nucleo non era molto più freddo del nucleo stesso. In assenza di un nucleo caldo e un mantello freddo, come accade nella Terra, non si creano correnti convettive che alimentano il magnetismo. Ma questo nuovo studio mostra come l’affondamento delle rocce avrebbe potuto fornire spinte convettive intermittenti.

La storia di queste pietre che affondano inizia pochi milioni di anni dopo la formazione della Luna. Molto presto nella sua storia, si pensa che la Luna sia stata ricoperta da un oceano di roccia fusa. Quando il vasto oceano di magma iniziò a raffreddarsi e solidificarsi, minerali come l’olivina e il pirosseno che erano più densi del magma liquido affondarono sul fondo, mentre minerali meno densi come l’anortosite galleggiavano per formare la crosta. Il magma liquido rimanente era ricco di titanio e di elementi che producono calore come torio, uranio e potassio, quindi ci è voluto un po’ più di tempo per solidificarsi. Quando questo strato di titanio si è finalmente cristallizzato appena sotto la crosta, era più denso dei minerali che si erano solidificati in precedenza sotto di essa. Nel corso del tempo, le formazioni di titanio sono affondate attraverso la roccia meno densa del mantello sottostante, un processo noto come capovolgimento gravitazionale.

Per questo nuovo studio, Evans e Tikoo hanno modellato la dinamica di come quelle formazioni di titanio sarebbero affondate, così come l’effetto che avrebbero potuto avere quando avrebbero raggiunto il nucleo della Luna. L’analisi, basata sull’attuale composizione della Luna e sulla viscosità stimata del mantello, ha mostrato che le formazioni si sarebbero probabilmente frantumate in piccole placche  fino a 60 chilometri e di diametro e sarebbero affondate a intermittenza nel corso di circa un miliardo di anni.

Quando ciascuno di questi frammenti   ha toccato il fondo, cioè il nucleo, avrebbero dato una grande scossa alla dinamo centrale della Luna. Essendo collocate appena sotto la crosta lunare, le formazioni di titanio avrebbero avuto una temperatura relativamente fredda, molto più fresca della temperatura stimata del nucleo di circa 2.600 e 3.800 gradi Fahrenheit. Quando i blob freddi sono entrati in contatto con il nucleo caldo dopo l’affondamento, la discrepanza di temperatura avrebbe determinato un aumento della convezione del nucleo, abbastanza da guidare un campo magnetico sulla superficie della Luna forte o addirittura più forte di quello terrestre.

“Puoi pensarlo un po’ come una goccia d’acqua che colpisce una padella calda”, ha detto Evans. “Hai qualcosa di veramente freddo che tocca il nucleo, allora improvvisamente parte una dispersione di calore. Ciò provoca un aumento dell’attività nel nucleo, che ti dà questi campi magnetici a intermittenza intensi”.

Potrebbero esserci stati fino a 100 di questi eventi discendenti nel primo miliardo di anni di esistenza della Luna, dicono i ricercatori, e ognuno potrebbe aver prodotto un forte campo magnetico della durata di un secolo circa. La somma di questi periodi brevi avrebbe generato un periodo relativamente lungo di magnetismo lunare irregolare e intermittente, esattamente come rilevato nelle rocce lunari.

Quindi vi e molto titanio nel nucleo lunare. Con il prezzo del metallo è strano che qualcuno non abbia già pensato ad andarlo a raccogliere.