10 Minute
O nouă analiză a măsurătorilor lunare confirmă ceea ce seismologia și reexaminarea datelor vechi sugerau deja: Luna găzduiește un miez interior solid, bogat în fier, înconjurat de un strat exterior lichid. Această descoperire rafinează imaginea formării și evoluției Lunii și contribuie la explicarea istoriei timpurii a câmpului său magnetic.
De ce contează investigarea interiorului Lunii
Înțelegerea structurii interne a Lunii nu este doar o curiozitate academică. Distribuția straturilor solide și lichide controlează evoluția termică, activitatea vulcanică, precum și proprietățile câmpului magnetic. Câmpul magnetic pe care Luna l-a avut cu miliarde de ani în urmă influențează modul în care suprafața lunară a fost modificată de vântul solar și cum au fost reținute sau pierdute elementele volatile. A ști dacă inima lunară este solidă sau topită ajută la reconstruirea perioadei violente timpurii a Sistemului Solar și stabilește cronologia bombardamentului lunar.
Mai mult, cunoașterea stării nucleului are implicații practice pentru misiunile viitoare: planificarea seismometrelor, amplasarea stațiilor geofizice și interpretarea măsurătorilor gravitaționale și laser. Datele despre structura internă a Lunii contribuie la modelele comparative de geologie planetară, permițându-le cercetătorilor să plaseze Luna în contextul originilor planetelor terestre și al divergențelor evolutive între Pământ și satelitul său natural.
Cum au ajuns oamenii de știință la noul verdict
Undele seismice reprezintă cel mai eficient instrument pentru a pătrunde în interiorul planetelor și sateliților. Pe Pământ, cutremurele permit geologilor să cartografieze mantaua și nucleul. În cazul Lunii, seismometrele instalate în epoca Apollo au produs date utile, dar limitate ca acoperire și sensibilitate. Aceste instrumente au oferit dovezi pentru existența unei componente exterioare fluide, dar rezoluția lor a lăsat deschisă interpretarea: un nucleu complet topit sau un nucleu stratificat cu un miez interior solid și un înveliş fluid.
Pentru a elimina această ambiguitate, o echipă condusă de astronomul Arthur Briaud, la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică (CNRS), a combinat măsurători independente multiple în loc să se bazeze exclusiv pe datele seismologice Apollo. Această abordare multi-instrument a inclus:
- urmărirea navei spațiale (spacecraft tracking) și analiza perturbărilor orbitale asociate cu distribuția masei;
- experimente de măsurare laser între Pământ și retroreflectoarele lăsate de misiunile Apollo (lunar laser-ranging), pentru a urmări variațiile foarte mici ale distanței și orientării;
- măsurători ale deformării provocate de forțele de maree exercitate de Pământ asupra Lunii (deformație mareică);
- observații ale variațiilor rotației lunare și ale parametrilor dinamici care reflectă răspunsul interior la forțele externe.
Aceste observabile constrâng distribuția masei și proprietățile materiale (de exemplu, densitățile și modulele elastice ale straturilor), permițând eliminarea mai multor configurații interne incompatibile cu datele combinate. Prin integrarea acestor seturi de date, echipa a obținut limite mult mai stricte privind dimensiunile și starea nucleului lunar, legând observațiile directe la modele fizice riguroase.
Cu acest set observabil în mână, cercetătorii au construit modele fizice ale Lunii care includ configurații diferite ale nucleului. Fiecare model a generat predicții privind modul în care ar trebui să oscileze, să se deformeze și să răspundă la forțele mareice; echipa a comparat aceste predicții cu măsurătorile și a identificat structura internă care se potrivește cel mai bine realității. Abordarea combină metode de inversie geofizică, simulări numerice și analize statistice pentru a evalua încrederea în soluțiile rezultate.
Ce au descoperit: un miez mic, bogat în fier
Modelele care au concordat cel mai bine cu datele observate includ o mantie convectantă, cu procese de overturn activ, și un nucleu în două părți: un miez exterior lichid și un miez interior solid. Valorile cu cea mai bună potrivire descriu un nucleu exterior cu o rază de aproximativ 362 kilometri (225 mile) și un nucleu interior solid cu o rază în jur de 258 kilometri (160 mile) — adică aproximativ 15% din raza totală a Lunii. Densitatea inferată a nucleului interior este de circa 7.822 kilograme pe metru cubic, foarte apropiată de fierul pur, sugerând un miez bogat în Fe (fier) eventual cu mici cantități de elemente ușoare.
Aceste rezultate confirmă lucrări anterioare din 2011 conduse de cercetătoarea Renee Weber de la NASA Marshall, care a reanalizat înregistrările seismice Apollo cu tehnici moderne și a raportat un miez solid de circa 240 kilometri în rază, cu o densitate aproape de 8.000 kg/m3. Concordanța între studii — obținute prin metode și seturi de date diferite — reprezintă o confirmare independentă: convergența dovezilor indică o arhitectură internă de tip „Pământ în miniatură”, dar la scară redusă.
Specificațiile de densitate și dimensiune permit, de asemenea, estimări ale compoziției chimice și ale stării termice. Un miez atât de dens implică predominanța fierului metalic, posibil cu sulf sau alte elemente ușoare în proporții reduse. Aceste informații sunt valoroase pentru modelele de diferențiere timpurie, deoarece sugerează că procesele de segregare metal-silicat au avut loc eficient în primele etape ale formării Lunii.
De ce este important overturn-ul mantal
Un alt rezultat al modelării este evidența unui overturn profund în mantaua Lunii. Termenul de „mantle overturn” descrie fenomenul prin care materialele mai dense coboară spre centru, în timp ce cele mai ușoare migrează către exterior. Pe Pământ, convecția mantală este forța motrice din spatele tectonicii plăcilor și vulcanismului; pe Lună, având o tectonică de placă absentă sau foarte redusă, overturn-ul mantal poate explica anomaliile chimice observate în unele regiuni vulcanice, de exemplu concentrații ridicate de elemente incompatibile aduse la suprafață.
Echipa condusă de Briaud argumentează că overturn-ul mantal a jucat un rol-cheie în evoluția lunară, în special în primul miliard de ani după formare, când bombardamentul intens și diferențierea internă erau la apogeu. Prin aducerea în straturile superioare a materialelor bogate în elemente incompatibile (precum potasiu, fosfor și elemente ușoare), overturn-ul poate fi legat direct de compoziția bazaltelor târzii și de zonele majore de vulcanism lunar, cum ar fi maria.
În termeni de geodinamică, un overturn profund poate accelera pierderea de căldură și poate modifica modul în care se distribuie radioizotopii ca 40K sau 238U, elemente care influențează capacitatea Lunii de a susține activitate termică internă pe termen lung. Mai mult, mecanica overturn-ului oferă o explicație coerentă pentru heterogenitățile observate prin măsurători gravimetrice și spectroscopice, integrând geofizica cu geochimia lunarului.
Implicații pentru câmpul magnetic lunar și istoria sa
Există dovezi solide că Luna a generat, în trecut, un câmp magnetic relativ puternic, care s-a atenuat acum aproximativ 3,2 miliarde de ani. Modelul standard pentru generarea câmpurilor magnetice planetare este dynamoul: mișcarea fluidă a metalelor conductive dintr-un nucleu produce curenți electrici și, prin efectul lor, câmp magnetic. O geometrie cu un nucleu exterior lichid în jurul unui miez interior solid este propice activității dynamo—mișcarea lichidului, combinată cu rotația și convecția, poate genera un câmp intensiv.
Dacă miezul lunar are un înveliș fluid în jurul unui nucleu interior solid, această configurație ar susține existența unui dynamo timpuriu și ar ajuta la înțelegerea motivelor pentru care câmpul a decăzut ulterior, pe măsură ce interiorul Lunii s-a răcit și convecția a încetinit. Determinarea dimensiunii și compoziției nucleului restrânge astfel gama de istorii dynamo posibile și oferă parametri pentru simulările magnetohidrodinamice care încearcă să reproducă evoluția câmpului magnetic lunar.
Descoperirea influențează și modelele bugetului termic lunar: câte căldură reziduală era disponibilă pentru a susține circulația fluidă în nucleu și pentru cât timp radioizotopii ar fi putut alimenta activitatea internă. Această clarificare este esențială pentru reconstrucția duratei în care Luna a putut avea un magnetism global capabil să protejeze sau să modifice procesele de pierdere a volatilității și compoziției superficiale.
Perspectiva experților
Dr. Elena Moretti, geofizician planetar (ficțională), care studiază interiorul corpurilor mici, comentează: „Această convergență de seturi de date independente este convingătoare. Arată cum o combinație între laser ranging, urmărirea navelor spațiale și modelare fizică atentă poate dezvălui structuri interne pe care rețelele seismice vechi singure nu le puteau rezolva. Miezul solid, de dimensiuni reduse, al Lunii are implicații importante pentru momentul și mecanismul în care dynamoul lunar s-a stins.”
Comentariile experților subliniază valoarea integrării mai multor discipline — geodezie, seismologie, geochimie și modelare numerică — pentru a obține o imagine coerentă a evoluției planetare. De asemenea, ele confirmă necesitatea unor noi misiuni geofizice dedicate, care să rafineze estimările curente și să reducă incertitudinile legate de compoziție și temperatură la adâncime.
Ce urmează: misiuni, măsurători și revenirea oamenilor pe Lună
Testul final al acestor modele vor fi noile măsurători seismice efectuate direct pe suprafața lunară. Viitoarele landere robotice și misiunile cu echipaj pot instala seismometre de generație nouă, cu sensibilitate mult mai ridicată și acoperire globală superioară celei a rețelei Apollo. Aceste instrumente ar putea detecta undele reflectate de nucleu și ar oferi constrângeri directe asupra razei, densității și stării nucleului cu o precizie mult îmbunătățită.
Agenții spațiale precum CNSA (China), NASA și altele plănuiesc activități reluate pe Lună; stații geofizice bine poziționate ar putea rezolva incertitudinile rămase în ani, nu în decenii. Măsurătorile complementare — gravimetrie orbitală de mare rezoluție, senzori pentru măsurarea fluxului de căldură și studii geochimice ale eșantioanelor returnate — vor completa acest tablou și vor permite o integrare robustă a datelor.
Între timp, studiul publicat în Nature consolidează narațiunea evoluției lunare. El transformă Luna dintr-o relicvă izolată într-un veritabil văr geologic al Pământului — arhitectură internă similară, istorii de suprafață divergente. Pentru cercetătorii care reconstrcuie capitolele timpurii ale Sistemului Solar, această similitudine constituie o constrângere puternică și utilă, ajutând la discriminarea între modele alternative de formare și diferențiere planetară.
Pe termen lung, aceste cunoștințe vor influența și ipotezele privind resursele lunare exploatabile, stabilitatea structurii pentru construcții robotice sau umane și evaluările hazardelor naturale locale (de exemplu, regimul de cutremure lunare). Astfel, descoperirea unui miez solid și a unui înveliș lichid nu este doar o realizare științifică, ci și un pas practic important pentru explorarea și utilizarea viitoare a Lunii.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu