Selama beberapa dekad, para saintis berpendapat bahawa sistem Bumi-Bulan terbentuk akibat pertembungan antara Bumi dan objek berukuran Mars kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu. Dikenali sebagai Hipotesis Impak Raksasa, teori ini menjelaskan mengapa Bumi dan Bulan serupa dalam struktur dan komposisi. Cukup menarik, para saintis juga telah menentukan bahawa semasa sejarah awalnya, Bulan mempunyai magnetosfera - seperti Bumi sekarang.
Walau bagaimanapun, kajian baru yang diketuai oleh penyelidik di MIT (dengan sokongan yang diberikan oleh NASA) menunjukkan bahawa pada satu masa, medan magnet Bulan mungkin sebenarnya lebih kuat daripada Bumi. Mereka juga dapat membuat batasan yang lebih ketat ketika bidang ini mereda, mendakwa ia akan berlaku sekitar 1 miliar tahun yang lalu. Penemuan ini telah membantu menyelesaikan misteri mekanisme apa yang menggerakkan medan magnet Bulan dari masa ke masa.
Kajian itu, yang baru-baru ini muncul dalam jurnal Kemajuan Sains, dipimpin oleh Saied Mighani, seorang ahli fizik batu eksperimen dengan Jabatan Bumi, Atmosfera, dan Sains Planet MIT. Dia disertai oleh ahli Pusat Geokronologi Berkeley di UC Berkeley dan Universiti Geosains China, dengan sokongan tambahan yang diberikan oleh profesor EAPS terkenal, Dr. Benjamin Weiss.
Untuk merakam, medan magnet Bumi sangat penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui. Apabila zarah angin suria yang masuk mencapai Bumi, mereka terpesong oleh medan ini dan membentuk kejutan busur di depan Bumi dan magnetotail di belakangnya. Zarah-zarah yang tersisa didepositkan pada kutub magnet di mana ia berinteraksi dengan atmosfera kita, yang menyebabkan Aurorae terlihat di hemisfera utara dan selatan.
Sekiranya bukan untuk medan magnet ini, atmosfer Bumi perlahan-lahan dilucutkan oleh angin suria selama berbilion tahun dan dijadikan tempat yang sejuk dan kering. Inilah yang dipercayai berlaku di Marikh, di mana atmosfer yang lebih tebal habis antara 4.2 dan 3.7 bilion tahun yang lalu dan semua air cair di permukaannya hilang atau membeku akibatnya.
Selama bertahun-tahun, kumpulan Weiss telah membantu menunjukkan melalui kajian batuan bulan yang kira-kira 4 bilion tahun yang lalu, Bulan juga mempunyai medan magnet yang kuat dengan kekuatan sekitar 100 mikroteslas (sedangkan Bumi sekitar 50 mikroteslas hari ini). Pada tahun 2017, mereka mengkaji sampel yang dikumpulkan oleh angkasawan Apollo yang bertarikh kira-kira 2.5 bilion tahun yang lalu dan menemui bidang yang jauh lebih lemah (kurang daripada 10 mikroteslas).
Dengan kata lain, medan magnet Bulan melemah oleh faktor lima antara 4 dan 2.5 bilion tahun yang lalu, kemudian hilang sepenuhnya kira-kira 1 bilion tahun yang lalu. Pada masa itu, Weiss dan rakan-rakannya berteori bahawa mungkin ada dua mekanisme dinamo di pedalaman Bulan yang bertanggung jawab atas perubahan ini.
Singkatnya, mereka berpendapat bahawa kesan dinamo pertama dapat menghasilkan medan magnet yang jauh lebih kuat sekitar 4 bilion tahun yang lalu. Kemudian, 2.5 bilion tahun yang lalu, ia digantikan oleh dinamo kedua yang lebih lama tetapi bertahan dengan medan magnet yang jauh lebih lemah. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Weiss dalam siaran MIT News:
"Terdapat beberapa idea untuk mekanisme apa yang mendorong dinamo lunar, dan persoalannya adalah, bagaimana anda mengetahui yang mana yang melakukannya? Ternyata semua sumber kuasa ini mempunyai jangka hayat yang berbeza. Oleh itu, jika anda dapat mengetahui kapan dinamo dimatikan, maka anda dapat membezakan antara mekanisme yang telah diusulkan untuk dinamo lunar. Itulah tujuan makalah baru ini. "
Sehingga kini, memperoleh batu bulan yang berusia kurang dari 3 bilion tahun menjadi cabaran utama. Sebabnya ada kaitan dengan fakta bahawa aktiviti gunung berapi, yang biasa terjadi di Bulan 4 miliar tahun yang lalu, berhenti sekitar 3 miliar tahun yang lalu. Nasib baik, pasukan MIT dapat mengenal pasti dua sampel batu lunar yang diperoleh oleh angkasawan Apollo yang diciptakan oleh kesan 1 bilion tahun yang lalu.
Walaupun batu-batu ini dicairkan oleh benturan dan kemudian dilekatkan, sehingga menghapus catatan magnetik mereka dalam proses itu, pasukan dapat melakukan ujian ke atasnya untuk membina semula tanda magnet mereka. Pertama, mereka menganalisis orientasi elektron batu, yang digambarkan oleh Weiss sebagai "kompas kecil" kerana mereka akan sejajar ke arah medan magnet yang ada atau muncul dalam orientasi rawak jika tidak ada satu.
Dalam kedua-dua sampel, pasukan memerhatikan yang terakhir, yang menunjukkan bahawa batuan terbentuk di medan magnet yang sangat lemah tidak lebih dari 0.1 mikroteslas (mungkin tidak ada sama sekali). Ini diikuti dengan teknik temu janji radiometrik yang disesuaikan untuk kajian ini oleh Weiss dan David L. Shuster (penyelidik Pusat Geokronologi Berkeley dan pengarang bersama kajian ini). Hasil ini mengesahkan bahawa batu itu memang berusia 1 bilion tahun.
Akhirnya, pasukan tersebut melakukan ujian haba pada sampel untuk menentukan sama ada mereka dapat memberikan rekod magnetik yang baik pada masa hentaman. Ini terdiri dari meletakkan kedua sampel di dalam oven dan mengeksposnya pada jenis suhu tinggi yang mungkin disebabkan oleh dampak. Semasa mereka menyejukkan, mereka mendedahkan mereka ke medan magnet yang dihasilkan secara buatan di makmal dan mengesahkan bahawa mereka dapat merakamnya.
Hasil ini mengesahkan bahawa kekuatan magnet yang pada mulanya diukur oleh pasukan (0.1 mikroteslas) adalah tepat dan bahawa pada 1 bilion tahun yang lalu, dinamo yang menggerakkan medan magnet Bulan kemungkinan telah berakhir. Seperti yang dinyatakan oleh Weiss:
"Medan magnet adalah benda samar ini yang merentasi ruang, seperti medan daya yang tidak kelihatan. Kami telah menunjukkan bahawa dinamo yang menghasilkan medan magnet bulan mati antara 1,5 dan 1 miliar tahun yang lalu, dan sepertinya telah dikuasakan dengan cara seperti Bumi. "
Seperti yang dinyatakan, kajian ini juga membantu menyelesaikan perdebatan seputar apa yang mendorong dinamo lunar pada tahap selanjutnya. Walaupun banyak teori telah dikemukakan, penemuan baru ini selaras dengan teori bahawa pengkristalan teras bertanggungjawab. Pada asasnya, teori ini menyatakan bahawa teras dalaman Bulan mengkristal dari masa ke masa, memperlahankan aliran bendalir bermuatan elektrik dan menahan dinamo.
Weiss menunjukkan bahawa sebelum ini, penekanan mungkin bertanggungjawab untuk menghidupkan dinamo yang jauh lebih kuat (tetapi berumur pendek) yang akan menghasilkan medan magnet yang kuat. Ini selaras dengan fakta bahawa 4 miliar tahun yang lalu, Bulan dianggap telah mengorbit lebih dekat ke Bumi. Ini akan mengakibatkan graviti Bumi memberi kesan yang jauh lebih besar pada Bulan, menyebabkan mantelnya bergetar dan menggerakkan aktiviti di inti.
Ketika Bulan perlahan-lahan berhijrah dari Bumi, kesan turunnya menurun dan dinamo penghasil medan magnet akan melemah. Sekitar 2.5 bilion tahun yang lalu, kristalisasi menjadi mekanisme dominan di mana dinamo lunar berlanjutan, menghasilkan medan magnet yang lebih lemah yang berterusan sehingga teras luar akhirnya mengkristal satu miliar tahun yang lalu.
Kajian seperti ini juga dapat membantu menyelesaikan misteri mengapa planet seperti Venus dan Mars kehilangan medan magnetnya (menyumbang kepada perubahan iklim yang dahsyat) dan bagaimana Bumi dapat kehilangannya suatu hari nanti. Memandangkan kepentingannya untuk kebiasaan, pemahaman yang lebih mendalam mengenai dinamika dan medan magnet juga dapat membantu dalam pencarian eksoplanet yang dapat dihuni.
