Para onde foi o magnetismo da Lua? Cientistas se debruçam sobre essa questão há décadas, desde que sondas espaciais em órbita captaram sinais de um forte campo magnético nas rochas da superfície lunar. A Lua em si não possui magnetismo inerente hoje. 

Agora, cientistas do MIT podem ter resolvido o mistério. Eles propõem que uma combinação de um campo magnético antigo e fraco e um grande impacto gerador de plasma pode ter criado temporariamente um campo magnético forte, concentrado no lado oculto da Lua.

Em um estudo publicado hoje na revista Science Advances , os pesquisadores demonstram, por meio de simulações detalhadas, que um impacto, como o de um grande asteroide, poderia ter gerado uma nuvem de partículas ionizadas que envolveria brevemente a lua. Esse plasma teria se espalhado ao redor da lua e se concentrado no local oposto ao do impacto inicial. Lá, o plasma teria interagido e amplificado momentaneamente o fraco campo magnético da lua. Quaisquer rochas na região poderiam ter registrado sinais do aumento do magnetismo antes que o campo desaparecesse rapidamente.

Essa combinação de eventos poderia explicar a presença de rochas altamente magnéticas detectadas em uma região próxima ao polo sul, no lado oculto da Lua. Acontece que uma das maiores bacias de impacto — a bacia Imbrium — está localizada exatamente no ponto oposto, no lado visível da Lua. Os pesquisadores suspeitam que o que causou esse impacto provavelmente liberou a nuvem de plasma que deu início ao cenário em suas simulações.

“Há grandes partes do magnetismo lunar que ainda não foram explicadas”, afirma o autor principal Isaac Narrett, aluno de pós-graduação do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Mas a maioria dos fortes campos magnéticos medidos por espaçonaves em órbita pode ser explicada por esse processo — especialmente no lado oculto da Lua.”

Os coautores de Narrett incluem Rona Oran e Benjamin Weiss, do MIT, além de Katarina Miljkovic, da Universidade Curtin, Yuxi Chen e Gábor Tóth, da Universidade de Michigan, em Ann Arbor, e Elias Mansbach, doutorando em 2024, da Universidade de Cambridge. Nuno Loureiro, professor de ciência e engenharia nuclear do MIT, também contribuiu com insights e conselhos.

Os cientistas sabem há décadas que a Lua contém vestígios de um forte campo magnético. Amostras da superfície lunar, trazidas por astronautas nas missões Apollo da NASA nas décadas de 1960 e 1970, bem como medições globais da Lua feitas remotamente por espaçonaves em órbita, mostram sinais de magnetismo remanescente em rochas da superfície, especialmente no lado oculto da Lua.

A explicação típica para o magnetismo de superfície é um campo magnético global, gerado por um "dínamo" interno, ou um núcleo de material derretido e em agitação. A Terra hoje gera um campo magnético por meio de um processo de dínamo, e acredita-se que a Lua possa ter feito o mesmo em algum momento, embora seu núcleo, muito menor, tenha produzido um campo magnético muito mais fraco, o que pode não explicar as rochas altamente magnetizadas observadas, particularmente no lado oculto da Lua.

Uma hipótese alternativa que os cientistas têm testado periodicamente envolve um impacto gigante que gerou plasma, que por sua vez amplificou qualquer campo magnético fraco. Em 2020, Oran e Weiss testaram essa hipótese com simulações de um impacto gigante na Lua, em combinação com o campo magnético gerado pelo Sol, que é fraco ao se estender para a Terra e a Lua.

Em simulações, eles testaram se um impacto na Lua poderia amplificar tal campo solar, o suficiente para explicar as medições altamente magnéticas das rochas da superfície. Descobriu-se que não, e seus resultados pareceram descartar a possibilidade de impactos induzidos por plasma desempenharem um papel na ausência de magnetismo lunar.

Mas em seu novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente. Em vez de levar em conta o campo magnético do Sol, eles presumiram que a Lua já abrigou um dínamo que produzia um campo magnético próprio, ainda que fraco. Dado o tamanho de seu núcleo, eles estimaram que tal campo teria sido de cerca de 1 microtesla, ou 50 vezes mais fraco que o campo da Terra hoje.

A partir desse ponto de partida, os pesquisadores simularam um grande impacto na superfície lunar, semelhante ao que teria criado a bacia Imbrium, no lado visível da lua. Usando simulações de impacto de Katarina Miljkovic, a equipe simulou a nuvem de plasma que tal impacto teria gerado, à medida que a força do impacto vaporizava o material da superfície. Eles adaptaram um segundo código, desenvolvido por colaboradores da Universidade de Michigan, para simular como o plasma resultante fluiria e interagiria com o fraco campo magnético da lua.

Essas simulações mostraram que, à medida que uma nuvem de plasma se formava a partir do impacto, parte dela teria se expandido para o espaço, enquanto o restante teria se espalhado ao redor da lua e se concentrado no lado oposto. Lá, o plasma teria comprimido e amplificado brevemente o fraco campo magnético da lua. Todo esse processo, desde o momento em que o campo magnético foi amplificado até o momento em que ele decai de volta à linha de base, teria sido incrivelmente rápido — algo em torno de 40 minutos, diz Narrett.

Teria essa breve janela sido suficiente para que as rochas circundantes registrassem o pico magnético momentâneo? Os pesquisadores dizem que sim, com a ajuda de outro efeito relacionado ao impacto.

Eles descobriram que um impacto na escala do Ímbrio teria enviado uma onda de pressão através da lua, semelhante a um choque sísmico. Essas ondas teriam convergido para o outro lado, onde o choque teria "agitado" as rochas circundantes, desestabilizando brevemente os elétrons das rochas — as partículas subatômicas que naturalmente orientam seus spins em relação a qualquer campo magnético externo. Os pesquisadores suspeitam que as rochas foram impactadas no momento em que o plasma do impacto amplificou o campo magnético da lua. À medida que os elétrons das rochas se acomodaram, eles assumiram uma nova orientação, em linha com o campo magnético momentaneamente alto.

“É como se você jogasse um baralho de 52 cartas no ar, em um campo magnético, e cada carta tivesse uma agulha de bússola”, diz Weiss. “Quando as cartas retornam ao chão, elas o fazem em uma nova orientação. Esse é essencialmente o processo de magnetização.”

Os pesquisadores afirmam que essa combinação de um dínamo com um grande impacto, somada à onda de choque do impacto, é suficiente para explicar as rochas superficiais altamente magnetizadas da Lua — particularmente no lado oculto. Uma maneira de ter certeza é coletar amostras diretamente das rochas em busca de sinais de choque e alto magnetismo. Isso pode ser uma possibilidade, já que as rochas estão localizadas no lado oculto, perto do polo sul lunar, onde missões como o programa Artemis da NASA planejam explorar.

“Por várias décadas, houve uma espécie de enigma sobre o magnetismo da Lua — seria ele proveniente de impactos ou de um dínamo?”, diz Oran. “E aqui estamos dizendo que é um pouco dos dois. E é uma hipótese testável, o que é ótimo.”

As simulações da equipe foram realizadas usando o MIT SuperCloud. Esta pesquisa foi parcialmente financiada pela NASA.