لعقود من الزمان ، اعتقد العلماء أن نظام الأرض والقمر تشكل نتيجة اصطدام بين الأرض وجسم بحجم المريخ قبل 4.5 مليار سنة تقريبًا. تُعرف هذه النظرية ، المعروفة باسم فرضية التأثير العملاق ، لماذا تتشابه الأرض والقمر في الهيكل والتكوين. ومن المثير للاهتمام أن العلماء قد قرروا أيضًا أنه خلال تاريخه المبكر ، كان للقمر غلاف مغناطيسي - تمامًا مثل الأرض اليوم.
ومع ذلك ، تشير دراسة جديدة يقودها باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (بدعم من وكالة ناسا) إلى أن المجال المغناطيسي للقمر ربما كان في وقت ما أقوى من الأرض. وتمكنوا أيضًا من وضع قيود أكثر صرامة على وقت تلاشي هذا الحقل ، مدعين أنه كان سيحدث قبل حوالي مليار سنة. ساعدت هذه النتائج في حل لغز الآلية التي شغلت المجال المغناطيسي للقمر بمرور الوقت.
الدراسة التي ظهرت مؤخراً في المجلة تقدم العلمبقيادة سعيد ميجاني ، فيزيائي صخرة تجريبي بقسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وانضم إليه أعضاء مركز بيركلي لعلم الجيولوجيا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي وجامعة الصين لعلوم الأرض ، مع دعم إضافي قدمه أستاذ EAPS الشهير ، الدكتور بنجامين فايس.
للتلخيص ، المجال المغناطيسي للأرض ضروري للحياة كما نعرفها. عندما تصل جسيمات الرياح الشمسية القادمة إلى الأرض ، تنحرف عن طريق هذا المجال وتشكل صدمة القوس أمام الأرض والمغناطيسية خلفها. يتم ترسب الجسيمات المتبقية على الأقطاب المغناطيسية حيث تتفاعل مع غلافنا الجوي ، مما يؤدي إلى ظهور الشفق القطبي في أقصى نصف الكرة الشمالي والجنوبي.
ولولا هذا المجال المغناطيسي ، لكانت الرياح الشمسية قد تجردت ببطء من الرياح الشمسية على مدى مليارات السنين وجعلت مكانًا باردًا وجافًا. يعتقد أن هذا هو ما حدث على كوكب المريخ ، حيث تم استنفاد جو سميك مرة ما بين 4.2 و 3.7 مليار سنة مضت وفقدت جميع المياه السائلة على سطحها أو تجمدت نتيجة لذلك.
على مر السنين ، ساعدت مجموعة فايس في إثبات من خلال دراسة الصخور القمرية أنه قبل حوالي 4 مليار سنة ، كان للقمر أيضًا مجال مغناطيسي قوي يبلغ قوته 100 ميكروتلاس (في حين أن الأرض حول 50 ميكروتلاسلا اليوم). في عام 2017 ، درسوا العينات التي جمعها رواد فضاء أبولو والتي يعود تاريخها إلى حوالي 2.5 مليار سنة مضت ووجدوا مجالًا أضعف بكثير (أقل من 10 ميكروتسلاس).
بعبارة أخرى ، ضعف المجال المغناطيسي للقمر بعامل خمسة بين 4 و 2.5 مليار سنة مضت ، ثم اختفى تمامًا قبل حوالي مليار سنة. في ذلك الوقت ، اعتقد وايس وزملاؤه أنه ربما كانت هناك آليتان دينامو في باطن القمر هما المسؤولان عن هذا التغيير.
باختصار ، جادلوا في أن تأثير دينامو الأول كان من الممكن أن يولد مجالًا مغناطيسيًا أقوى قبل حوالي 4 مليارات سنة. ثم ، قبل 2.5 مليار سنة ، تم استبدالها بدينامو ثان كان أطول عمراً ولكنه عانى من مجال مغناطيسي أضعف بكثير. كما أوضح دكتور فايس في بيان صحفي لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
"هناك العديد من الأفكار حول الآليات التي شغلت دينامو القمر ، والسؤال هو ، كيف يمكنك معرفة أي واحدة فعلت ذلك؟ اتضح أن جميع مصادر الطاقة هذه لها عمر مختلف. لذا إذا استطعت معرفة وقت إيقاف تشغيل الدينامو ، فيمكنك التمييز بين الآليات التي تم اقتراحها لدينامو القمر. كان هذا هو الغرض من هذه الورقة الجديدة. "
حتى الآن ، كان الحصول على الصخور القمرية التي يقل عمرها عن 3 مليارات سنة يمثل تحديًا كبيرًا. ويرجع السبب في ذلك إلى حقيقة أن النشاط البركاني ، الذي كان شائعًا على القمر منذ 4 مليارات سنة ، قد توقف قبل 3 مليارات عام تقريبًا. لحسن الحظ ، تمكن فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تحديد عينتين من الصخور القمرية التي حصل عليها رواد أبولو والتي تم إنشاؤها بواسطة تأثير قبل مليار سنة.
في حين تم صهر هذه الصخور من خلال التأثير ثم تم إعادة توطيدها ، وبالتالي محو سجلها المغناطيسي في العملية ، تمكن الفريق من إجراء اختبارات عليها لإعادة بناء توقيعها المغناطيسي. أولاً ، قاموا بتحليل اتجاه إلكترونات الصخور ، التي يصفها فايس بأنها "بوصلة صغيرة" حيث أنها إما أن تصطف في اتجاه المجال المغناطيسي الحالي أو تظهر في اتجاهات عشوائية في حالة عدم وجود واحد.
في كلتا العيّنتين ، لاحظ الفريق الأخير ، مما يشير إلى أن الصخور تشكلت في مجال مغناطيسي ضعيف للغاية لا يزيد عن 0.1 ميكروتلاسلا (ربما لا شيء على الإطلاق). وأعقب ذلك تقنية التأريخ الإشعاعي التي تم تكييفها لهذه الدراسة من قبل Weiss و David L. Shuster (باحث في مركز بيركلي لعلم الجيولوجيا والمؤلف المشارك للدراسة). أكدت هذه النتائج أن الصخور كانت بالفعل في عمر مليار سنة.
أخيرًا ، أجرى الفريق اختبارات حرارية على العينات لتحديد ما إذا كان يمكنها توفير سجل مغناطيسي جيد في وقت الاصطدام. ويتكون هذا من وضع كلتا العيّنتين في الفرن وتعريضهما لأنواع درجات الحرارة المرتفعة التي كانت ستحدثها الصدمة. أثناء التبريد ، قاموا بتعريضهم لحقل مغناطيسي ولدت صناعيًا في المختبر وأكدوا أنهم قادرون على تسجيله.
تؤكد هذه النتائج أن القوة المغناطيسية التي تم قياسها في البداية من قبل الفريق (0.1 ميكروتلاسلا) دقيقة وأنه قبل مليار سنة ، من المحتمل أن يكون الدينامو الذي يشغل المجال المغناطيسي للقمر قد انتهى. كما عبرت فايس عن:
"المجال المغناطيسي هو هذا الشيء الغامض الذي ينتشر في الفضاء ، مثل حقل قوة غير مرئية. لقد أظهرنا أن الدينامو الذي أنتج المجال المغناطيسي للقمر توفي في مكان ما بين 1.5 و 1 مليار سنة مضت ، ويبدو أنه تم تشغيله بطريقة تشبه الأرض ".
كما لوحظ ، فإن هذه الدراسة تساعد أيضًا في حل الجدل المحيط بما دفع دينامو القمر في مراحله الأخيرة. في حين تم اقتراح نظريات متعددة ، فإن هذه النتائج الجديدة تتسق مع النظرية القائلة بأن التبلور الأساسي هو المسؤول. في الأساس ، تنص هذه النظرية على أن اللب الداخلي للقمر تبلور بمرور الوقت ، مما أبطأ تدفق السائل المشحون كهربائيًا وأوقف الدينامو.
يقترح فايس أنه قبل ذلك ، ربما كانت الحركة المسبقة مسؤولة عن تشغيل دينامو أقوى (ولكن قصير الأجل) كان يمكن أن ينتج المجال المغناطيسي القوي. ويتسق هذا مع حقيقة أنه قبل 4 مليارات سنة ، يعتقد أن القمر يدور قريبًا جدًا من الأرض. كان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى تأثير جاذبية الأرض على القمر بشكل أكبر بكثير ، مما يتسبب في تأرجح الوشاح وإثارة النشاط في القلب.
مع هجرة القمر ببطء بعيدًا عن الأرض ، انخفض تأثير البادئة وضعف دينامو إنتاج المجال المغناطيسي. قبل حوالي 2.5 مليار سنة ، أصبح التبلور الآلية السائدة التي استمر بها الدينامو القمري ، مما أدى إلى إنتاج مجال مغناطيسي أضعف استمر حتى تبلور النواة الخارجية قبل مليار سنة.
يمكن أن تساعد مثل هذه الدراسات أيضًا في حل لغز لماذا فقدت كواكب مثل كوكب الزهرة والمريخ مجالاتها المغناطيسية (التي تساهم في تغير المناخ الكارثي) وكيف يمكن أن تفقد الأرض يومًا ما. نظرًا لأهميتها للسكن ، يمكن أن يساعد فهم الدينامو والمجالات المغناطيسية في البحث عن الكواكب الخارجية القابلة للسكن.
