Une boussole conventionnelle serait de peu d'utilité sur la lune, qui manque aujourd'hui d'un champ magnétique global.

Mais la lune a produit un champ magnétique il y a des milliards d'années, et il était probablement encore plus fort que le champ terrestre d'aujourd'hui. Les scientifiques pensent que ce champ lunaire, comme la Terre, a été généré par une puissante dynamo, le barattage du noyau de la lune. A un moment donné, cette dynamo, et le champ magnétique qu'il a généré, s'est épuisé.

Maintenant, les scientifiques du MIT et d'ailleurs ont déterminé le moment de la fin de la dynamo lunaire, il y a environ 1 milliard d'années. Les résultats paraissent aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .

Le nouveau calendrier exclut certaines théories sur ce qui a conduit la dynamo lunaire dans ses derniers stades et favorise un mécanisme particulier :la cristallisation du noyau. Alors que le noyau de fer interne de la lune s'est cristallisé, le fluide électriquement chargé du noyau liquide a été agité de manière flottante, produire la dynamo.

"Le champ magnétique est cette chose nébuleuse qui imprègne l'espace, comme un champ de force invisible, " dit Benjamin Weiss, professeur de terre, atmosphérique, et les sciences planétaires au MIT. "Nous avons montré que la dynamo qui a produit le champ magnétique de la lune est morte il y a entre 1,5 et 1 milliard d'années, et semble avoir été alimenté à la manière de la Terre."

Les co-auteurs de Weiss sur le papier sont les co-auteurs principaux Saied Mighani et Huapei Wang, ainsi que Caue Borlina et Claire Nichols du MIT, avec David Shuster de l'Université de Californie à Berkeley.

Théories de la dynamo de duel

Au cours des dernières années, Le groupe de Weiss et d'autres ont découvert des signes d'un fort champ magnétique, d'environ 100 microteslas, dans des roches lunaires vieilles de 4 milliards d'années. En comparaison, Le champ magnétique terrestre est aujourd'hui d'environ 50 microteslas.

En 2017, Le groupe de Weiss a étudié un échantillon collecté dans le cadre du projet Apollo de la NASA, et trouvé des traces d'un champ magnétique beaucoup plus faible, en dessous de 10 microteslas, dans une roche lunaire, ils ont déterminé qu'ils avaient environ 2,5 milliards d'années. Leur pensée à l'époque était que peut-être deux mécanismes pour la dynamo lunaire étaient en jeu :le premier aurait pu générer un beaucoup plus fort, champ magnétique antérieur il y a environ 4 milliards d'années, avant d'être remplacé par un second, mécanisme à plus longue durée de vie qui a soutenu un champ beaucoup plus faible, jusqu'à au moins 2,5 milliards d'années.

"Il y a plusieurs idées sur les mécanismes qui alimentent la dynamo lunaire, et la question est, comment savez-vous laquelle l'a fait ?", explique Weiss. "Il s'avère que toutes ces sources d'énergie ont des durées de vie différentes. Donc, si vous pouviez savoir quand la dynamo s'est éteinte, alors vous pourriez distinguer les mécanismes qui ont été proposés pour la dynamo lunaire. C'était le but de ce nouveau document."

La plupart des échantillons lunaires des études magnétiques des missions Apollo provenaient de roches anciennes, datant d'environ 3 à 4 milliards d'années. Ce sont des roches qui à l'origine crachaient de la lave sur une très jeune surface lunaire, et en refroidissant, leurs grains microscopiques alignés dans la direction du champ magnétique de la lune. Une grande partie de la surface de la lune est couverte de telles roches, qui sont restés inchangés depuis, préserver un enregistrement de l'ancien champ magnétique.

Cependant, les roches lunaires dont l'histoire magnétique a commencé il y a moins de 3 milliards d'années ont été beaucoup plus difficiles à trouver car la plupart du volcanisme lunaire avait cessé à cette époque.

"Les 3 derniers milliards d'années de l'histoire lunaire ont été un mystère parce qu'il n'y a presque aucune trace de roche, " dit Weiss.

"Petites boussoles"

Néanmoins, lui et ses collègues ont identifié deux échantillons de roche lunaire, collectés par les astronautes lors des missions Apollo, qui semblent avoir subi un impact massif il y a environ 1 milliard d'années et, par conséquent, ont été fondus et soudés ensemble de telle sorte que leur ancien enregistrement magnétique a été pratiquement effacé.

L'équipe a ramené les échantillons au laboratoire et a d'abord analysé l'orientation des électrons de chaque roche, que Weiss décrit comme de "petites boussoles" qui s'alignent dans la direction d'un champ magnétique existant ou apparaissent dans des orientations aléatoires en l'absence d'un. Pour les deux échantillons, l'équipe a observé ces derniers :configurations aléatoires d'électrons, suggérant que les roches se sont formées dans un champ magnétique extrêmement faible à pratiquement nul, de pas plus de 0,1 microteslas.

L'équipe a ensuite déterminé l'âge des deux échantillons à l'aide d'une technique de datation radiométrique que Weiss et Shuster ont pu adapter pour cette étude.

L'équipe a soumis les échantillons à une batterie de tests pour voir s'il s'agissait effectivement de bons enregistreurs magnétiques. En d'autres termes, une fois qu'ils ont été réchauffés par un impact massif, auraient-ils encore été assez sensibles pour enregistrer même un faible champ magnétique sur la lune, s'il existait ?

Pour répondre à cela, les chercheurs ont placé les deux échantillons dans un four et les ont soufflés à haute température pour effacer efficacement leur enregistrement magnétique, puis exposé les roches à un champ magnétique généré artificiellement en laboratoire pendant qu'elles se refroidissaient.

Les résultats ont confirmé que les deux échantillons étaient bien des enregistreurs magnétiques fiables et que l'intensité de champ qu'ils avaient initialement mesurée, de 0,1 microteslas, représentait avec précision la valeur maximale possible du champ magnétique extrêmement faible de la lune il y a 1 milliard d'années. Weiss dit qu'un champ de 0,1 microteslas est si faible qu'il est probable que la dynamo lunaire ait pris fin à ce moment-là.

Les nouvelles découvertes correspondent à la durée de vie prévue de la cristallisation du cœur, un mécanisme proposé pour la dynamo lunaire qui aurait pu générer un champ magnétique faible et de longue durée dans la dernière partie de l'histoire de la lune. Weiss dit qu'avant la cristallisation du noyau, un mécanisme connu sous le nom de précession peut avoir alimenté une dynamo beaucoup plus forte mais de courte durée de vie. La précession est un phénomène par lequel la coque extérieure solide d'un corps tel que la lune, à proximité d'un corps beaucoup plus grand comme la Terre, vacille en réponse à la gravité terrestre. Ce vacillement agite le fluide dans le noyau, la façon dont bruissant une tasse de café remue le liquide à l'intérieur.

Il y a environ 4 milliards d'années, la lune infantile était probablement beaucoup plus proche de la Terre qu'elle ne l'est aujourd'hui, et beaucoup plus sensible aux effets gravitationnels de la planète. Alors que la lune s'éloignait lentement de la Terre, l'effet de précession a diminué, affaiblissant à son tour la dynamo et le champ magnétique. Weiss dit qu'il est probable qu'il y a environ 2,5 milliards d'années, la cristallisation du noyau est devenue le mécanisme dominant par lequel la dynamo lunaire a continué, produisant un champ magnétique plus faible qui a continué à se dissiper au fur et à mesure que le noyau de la lune s'est finalement complètement cristallisé.

Le groupe cherche ensuite à mesurer la direction de l'ancien champ magnétique de la lune dans l'espoir de glaner plus d'informations sur l'évolution de la lune.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.