La lune, Mercure et de nombreux corps parents de météorites contiennent une croûte magnétisée, qui est généralement crédité à une ancienne dynamo de noyau. Une hypothèse alternative de longue date suggère l'amplification du champ magnétique interplanétaire et du champ induit de la croûte (champ crustal) via le plasma généré par les impacts de météorites. Dans un nouveau rapport maintenant publié le Avancées scientifiques , Rona Oran et une équipe de recherche des Départements des Sciences de la Terre et des Planètes, Géosciences et sciences spatiales aux États-Unis, L'Allemagne et l'Australie ont montré que bien que les plasmas d'impact puissent temporairement améliorer le champ à l'intérieur de la lune, les champs résultants étaient d'au moins trois ordres de grandeur trop faibles pour expliquer les anomalies magnétiques de la croûte lunaire. L'équipe a utilisé des simulations magnétohydrodynamiques et d'impact ainsi que des relations analytiques dans ce travail pour montrer que la dynamo centrale (et non les plasmas générés par l'impact d'un astéroïde) était la seule source possible d'aimantation sur la lune.

La dynamo lunaire et la croûte lunaire

Les champs magnétiques générés par induction dans un intérieur planétaire fluide sont générés via le processus dynamo. La lune manque actuellement d'un champ magnétique dynamo de base, mais dès l'ère Apollon, les scientifiques ont montré que la croûte lunaire contenait une magnétisation résiduelle. Selon des études, le champ magnétisant a probablement atteint des dizaines de microteslas il y a plus de 3,56 milliards d'années, cependant, l'origine des plus fortes anomalies crustales lunaires et leur source d'aimantation restent des mystères de longue date. Les études précédentes impliquent l'existence d'un mécanisme dynamo non convectif fondamentalement différent sur la lune.

Plus précisement, l'hypervitesse résultant des impacts d'astéroïdes peut vaporiser et ioniser les matériaux de la croûte lunaire pour libérer directement le plasma dans le vent. Puisque les anomalies les plus fortes et les plus importantes de la croûte lunaire se situent directement aux antipodes (sites géographiques) de quatre jeunes grands bassins, les chercheurs émettent l'hypothèse que les plasmas d'impact auraient englouti la lune et comprimé le champ magnétique interplanétaire (FMI) pour provoquer un champ crustal accru à l'antipode. Oran et al. a comblé les lacunes existantes en introduisant une modélisation auto-cohérente des plasmas post-impact et des champs magnétiques pour expliquer la diffusion et la dissipation du champ à l'intérieur de la lune, parallèlement à des considérations analytiques révisées. Pour y parvenir, l'équipe a combiné des simulations physiques de choc de l'excavation du bassin et de la génération de vapeur avec des simulations magnétohydrodynamiques (MHD).

Les scientifiques ont utilisé le code de physique des chocs iSALE-2-D pour effectuer des simulations de formation de bassin d'impact, un multimatériau, code multirhéologique en deux dimensions (2-D). Ils ont également conduit des simulations 3-D MHD (magnétohydrodynamique) comprenant l'interaction de la lune, le vent solaire et la vapeur. Lors des simulations MHD, Oran et al. utilisé le code Block Adaptive Tree Solar-Wind Roe Upwind Scheme (en abrégé BATS-R-US), capable de modéliser l'évolution du champ magnétique à l'intérieur des corps résistifs. Ils se sont ensuite concentrés sur le bassin Imbrium de la lune, également connu sous le nom d'œil droit de l'homme légendaire de la lune; formé par une collision d'astéroïdes ou de protoplanètes. La région antipodale de l'Imbrium contient actuellement certaines des anomalies magnétiques les plus fortes observées depuis l'orbite. Ils ont simulé la méthode de formation de bassin par impacteur, y compris la génération de vapeur et l'excavation du bassin. Le plasma d'impact en expansion de la simulation a créé une cavité magnétique et amélioré le champ magnétique interplanétaire (FMI) à sa périphérie, provoquant l'accumulation de l'IMF transporté par le vent contre la vapeur.

Étudier l'espace des paramètres de différents scénarios d'impact

En premier, les couches extérieures résistives de la lune ont détruit le flux magnétique à un taux comparable au taux d'expansion de la vapeur. Ce taux de perte du champ magnétique était cohérent avec les estimations théoriques qui ont contribué à éliminer l'énergie magnétique du système. La diffusion 3-D du champ dans le manteau et la croûte a permis au champ de glisser autour du noyau au lieu d'être ancré à l'intérieur. Les résultats n'ont pas indiqué la conservation de l'énergie magnétique ou la convergence du champ. Les travaux ont en outre indiqué que les champs amplifiés par le plasma ne peuvent pas expliquer la magnétisation de la croûte et que l'amplification la plus forte s'est produite bien au-dessus de la surface de la lune. Un mécanisme supplémentaire qui aurait pu limiter l'effet antipodal était la reconnexion magnétique, bien que le phénomène ne se soit pas produit en raison de l'absence de géométrie de champ antiparallèle. Tout flux magnétique poussé vers l'antipode se dissipait à l'intérieur de la lune ou était évacué par la vapeur.

Oran et al. simulé sept choix supplémentaires pour la détection IMF (champ magnétique interplanétaire), y compris la vitesse du vent solaire, impact sur l'emplacement et impact sur les propriétés physiques du cloud, avec différentes combinaisons de paramètres. Ils ont utilisé plusieurs cas pour explorer des emplacements d'impact alternatifs et des orientations relatives de l'IMF et de la vitesse du vent solaire. L'amplification globale la plus importante dans la crête s'est produite dans les cas où l'emplacement de l'impact et l'orientation relative de l'IMF et de la vitesse du vent solaire étaient similaires.

Amélioration du champ due à l'expansion de la vapeur dans le vent solaire

Les simulations MHD (magnétohydrodynamique) ont montré comment l'expansion de la vapeur a amélioré le champ magnétique interplanétaire (FMI) porté par le vent solaire, présentant un obstacle au vent, et provoquant une décélération et un empilement. La source de l'énergie magnétique comprimée du FMI contenait l'énergie cinétique globale du vent en amont et le niveau d'amplification était cohérent avec les régions d'empilement sur les comètes et l'ionosphère de Vénus, tout en étant inférieur au taux de compression IMF estimé pour les plasmas d'impact sur la lune. L'équipe a également découvert que la résistivité de la croûte était le principal facteur inhibant l'augmentation du champ magnétique à l'intérieur de la lune. L'évolution du champ magnétique s'est produite sur une structure complexe comme le reflètent les simulations, conduisant à l'élimination du flux de la croûte et du manteau supérieur, où la croûte lunaire a effectivement réduit l'énergie magnétique lors de l'exposition à une cavité magnétique. Ce résultat inattendu était dû à l'expansion de la vapeur qui s'est produite après l'impact, amener le champ magnétique interplanétaire entrant à changer de direction et à isoler progressivement magnétiquement la lune du champ magnétique interplanétaire.

L'hypothèse du champ magnétique amplifié par impact est une alternative de premier plan à une origine dynamo du noyau de l'aimantation de la croûte dans la lune et d'autres corps interplanétaires. Cependant, ce travail a montré comment de tels champs sont trop faibles pour expliquer les fortes anomalies crustales lunaires et les paléointensités des échantillons d'Apollo. Oran et al. soutiennent donc la proposition du paléomagnétisme lunaire comme enregistrement de l'action de la dynamo sur la lune. Les plasmas d'impact peuvent encore être un mécanisme viable pour magnétiser certaines régions de la croûte s'ils se forment en présence d'un champ noyau-dynamo préexistant sur la lune, de telles interactions doivent encore être étudiées avec des simulations magnétohydrodynamiques.

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