Il y a environ quatre milliards d'années, la Lune avait un champ magnétique qui était à peu près aussi fort que celui de la Terre aujourd'hui. Comment la Lune, avec un noyau beaucoup plus petit que celui de la Terre, aurait pu avoir un champ magnétique aussi puissant a été un problème non résolu dans l'histoire de l'évolution de la Lune.

Le scientifique Aaron Scheinberg de Princeton, avec Krista Soderlund de l'Institut de géophysique de l'Université du Texas, et Linda Elkins-Tanton de l'Université d'État de l'Arizona, a entrepris de déterminer ce qui a pu alimenter ce champ magnétique lunaire précoce. Leurs résultats et un nouveau modèle sur la façon dont cela a pu se produire, ont été récemment publiés dans Lettres des sciences de la Terre et des planètes .

Un nouveau modèle

Le champ magnétique terrestre protège notre planète en déviant la majeure partie du vent solaire, dont les particules chargées enlèveraient autrement la couche d'ozone qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs.

Alors que le champ magnétique terrestre est généré par les mouvements de son noyau externe en métal liquide de convection, connu sous le nom de dynamo, le noyau de la Lune est trop petit pour avoir produit un champ magnétique de cette magnitude.

Donc, l'équipe de recherche a proposé un nouveau modèle sur la façon dont le champ magnétique aurait pu atteindre des niveaux semblables à ceux de la Terre. Dans ce scénario, la dynamo n'est pas alimentée par le petit noyau métallique de la Lune, mais par une épaisse couche de roche fondue (liquide) qui repose dessus.

Dans ce modèle proposé, la couche la plus basse du manteau de la Lune fond pour former un "océan de magma basal" riche en métaux qui se trouve au sommet du noyau métallique de la Lune. La convection dans cette couche entraîne alors la dynamo, créer un champ magnétique.

"L'idée d'une dynamo océanique de magma basal avait été proposée pour le champ magnétique de la Terre primitive, et nous avons réalisé que ce mécanisme peut aussi être important pour la Lune, ", explique le co-auteur Soderlund.

Soderlund explique en outre qu'une couche partiellement fondue existerait encore à la base du manteau lunaire aujourd'hui. "Un champ magnétique puissant est plus facile à obtenir à la surface de la Lune si la dynamo fonctionnait dans le manteau plutôt que dans le noyau, " elle dit, "parce que l'intensité du champ magnétique diminue rapidement à mesure qu'elle s'éloigne de la région de la dynamo."

Dans les simulations du noyau dynamo de la Lune menées par l'équipe, ils n'arrêtaient pas de constater que la couche inférieure du manteau lunaire surchauffait et fondait. Initialement, ils ont essayé de se concentrer sur des cas sans fondre qui étaient plus faciles à modéliser, mais ont finalement considéré que le processus de fusion était la clé de leur nouveau modèle.

« Une fois que nous avons commencé à considérer cette fusion comme une caractéristique, au lieu d'un bug, " dit Scheinberg, "les pièces ont commencé à s'emboîter et nous nous sommes demandé si la fonte que nous avons vue dans les modèles pourrait produire un océan de magma riche en métaux pour alimenter le champ précoce fort."

Un champ magnétique faible plus tard

Plus loin dans l'évolution de la Lune (il y a environ 3,56 milliards d'années), il existe également des preuves que le champ magnétique puissant qui existait autour de la Lune est finalement devenu un champ magnétique faible, celui qui a continué jusqu'à relativement récemment. Le nouveau modèle de l'équipe peut également aider à expliquer ce phénomène.

"Notre modèle offre une solution potentielle élégante, " dit Scheinberg. " Alors que la Lune se refroidissait, l'océan de magma se serait solidifié, tandis que la dynamo de base aurait continué à créer le champ faible plus tard."

"Nous sommes enthousiasmés par ce résultat car il explique des observations fondamentales sur la Lune - son début, champ magnétique intense et son affaiblissement puis sa disparition - en utilisant des processus de premier ordre déjà étayés par d'autres observations, " ajoute le co-auteur Elkins-Tanton.

Au-delà de fournir un nouveau modèle à partir duquel construire, cette recherche peut également fournir une meilleure compréhension de la génération de champ magnétique planétaire ailleurs dans notre système solaire et au-delà.

"Dynamos océaniques de magma basal, comme celui de notre modèle, pourrait bien avoir été un phénomène courant sur les planètes rocheuses comme la Terre et Mars, " dit Scheinberg.