La Tierra y la Luna una vez compartieron un escudo magnético, protegiendo sus atmósferas.

Hace cuatro mil quinientos millones de años, la superficie de la Tierra era un caos caliente y amenazante. Mucho antes del surgimiento de la vida, las temperaturas eran abrasadoras y el aire era tóxico. Además, cuando era un pequeño astro, el Sol bombardeó nuestro planeta con violentos estallidos de radiación llamados llamaradas y eyecciones de masa coronal. Corrientes de partículas cargadas, llamadas viento solar, amenazaban nuestra atmósfera. Nuestro planeta era, en resumen, inhabitable.

La Tierra y la Luna, que se muestran aquí en una combinación de dos imágenes de la misión Galileo de la década de 1990, tienen una larga historia compartida. Hace miles de millones de años, tenían conectados sus campos magnéticos.
Créditos: NASA / JPL / USGS.
Esta ilustración muestra las líneas del campo magnético que genera la Tierra hoy. La Luna ya no tiene campo magnético.
Créditos: NASA.

Pero un escudo vecino pudo haber ayudado a nuestro planeta a retener su atmósfera y eventualmente desarrollar condiciones de vida y habitabilidad. Ese escudo era la Luna, dice un estudio dirigido por la NASA en la revista Science Advances.

“La Luna parece haber presentado una barrera protectora sustancial contra el viento solar para la Tierra, que fue fundamental para la capacidad de la Tierra para mantener su atmósfera durante este tiempo”, dijo Jim Green, científico jefe de la NASA y autor principal del nuevo estudio. “Esperamos dar seguimiento a estos hallazgos cuando la NASA envíe astronautas a la Luna a través del programa Artemis, que devolverá muestras críticas del Polo Sur lunar”.

Una breve historia de la Luna
Cuando la Luna tenía un campo magnético, estaría protegida del viento solar entrante, como se muestra en esta ilustración.
Créditos: NASA.

La Luna se formó hace 4.500 millones de años cuando un objeto del tamaño de Marte llamado Theia se estrelló contra la proto-Tierra cuando nuestro planeta tenía menos de 100 millones de años, según las principales teorías. Los escombros de la colisión se fusionaron en la Luna, mientras que otros remanentes se reincorporaron a la Tierra. Debido a la gravedad, la presencia de la Luna estabilizó el eje de rotación de la Tierra. En ese momento, nuestro planeta giraba mucho más rápido, con un día que duraba solo 5 horas.

Y en los primeros días, la Luna también estaba mucho más cerca. A medida que la gravedad de la Luna atrae nuestros océanos, el agua se calienta ligeramente y esa energía se disipa. Esto da como resultado que la Luna se aleje de la Tierra a una velocidad de 1,5 pulgadas por año, o aproximadamente el ancho de dos monedas de diez centavos adyacentes. Con el tiempo, eso se suma. Hace 4 mil millones de años, la Luna estaba tres veces más cerca de la Tierra de lo que está hoy, a unos 130.000 kilómetros de distancia, en comparación con los 383.000 kilñometros actuales. En algún momento, la Luna también quedó “bloqueada por mareas”, lo que significa que la Tierra solo ve un lado de ella.

Los científicos alguna vez pensaron que la Luna nunca tuvo un campo magnético global de larga duración porque tiene un núcleo muy pequeño. Un campo magnético hace que las cargas eléctricas se muevan a lo largo de líneas invisibles, que se inclinan hacia la Luna en los polos. Los científicos saben desde hace mucho tiempo sobre el campo magnético de la Tierra, que crea las auroras de hermosos colores en las regiones ártica y antártica.

Esta ilustración muestra cómo la Tierra y su Luna tenían campos magnéticos que estaban conectados hace miles de millones de años, ayudando a proteger sus atmósferas de corrientes de partículas solares dañinas, según una nueva investigación.
Créditos: NASA.

Un campo magnético sirve como un escudo que hace que las cargas eléctricas se muevan a lo largo de sus líneas invisibles. Los científicos conocen desde hace mucho tiempo sobre el campo magnético de la Tierra, que causa las auroras de hermosos colores en las regiones ártica y antártica. El movimiento de hierro líquido y níquel en el interior de la Tierra, que aún fluye debido al calor que queda de la formación de la Tierra, genera los campos magnéticos que forman una burbuja protectora que rodea la Tierra, la magnetosfera.

Pero gracias a estudios de muestras de la superficie lunar de las misiones Apolo, los científicos descubrieron que la Luna también tuvo una vez una magnetosfera. La evidencia continúa acumulándose a partir de muestras que fueron selladas durante décadas y recientemente analizadas con tecnología moderna.

Al igual que la Tierra, el calor de la formación de la Luna habría mantenido el flujo de hierro en el interior, aunque no durante tanto tiempo debido a su tamaño.

“Es como hornear un pastel: lo sacas del horno y todavía se está enfriando”, dijo Green. “Cuanto más grande es la masa, más tarda en enfriarse”.

Un escudo magnético

El nuevo estudio simula cómo se comportaban los campos magnéticos de la Tierra y la Luna hace unos 4 mil millones de años. Los científicos crearon un modelo informático para observar el comportamiento de los campos magnéticos en dos posiciones en sus respectivas órbitas.

En ciertos momentos, la magnetosfera de la Luna habría servido como barrera a la fuerte radiación solar que llovía sobre el sistema Tierra-Luna, escriben los científicos. Eso es porque, según el modelo, las magnetosferas de la Luna y la Tierra habrían estado conectadas magnéticamente en las regiones polares de cada objeto. Es importante destacar que para la evolución de la Tierra, las partículas de viento solar de alta energía no pudieron penetrar completamente el campo magnético acoplado y despojar a la atmósfera.

Pero también hubo cierto intercambio atmosférico. La luz ultravioleta extrema del Sol habría quitado los electrones de las partículas neutras en la atmósfera más alta de la Tierra, cargando esas partículas y permitiéndoles viajar a la Luna a lo largo de las líneas del campo magnético lunar. Esto también pudo haber contribuido a que la Luna mantuviera una atmósfera delgada en ese momento. El descubrimiento de nitrógeno en muestras de rocas lunares apoya la idea de que la atmósfera de la Tierra, que está dominada por nitrógeno, contribuyó a la antigua atmósfera de la Luna y su corteza.

Los científicos calculan que esta situación de campo magnético compartido, con las magnetosferas de la Tierra y la Luna unidas, podría haber persistido desde hace 4.100 a 3.500 millones de años.

“Comprender la historia del campo magnético de la Luna nos ayuda a entender no solo las posibles atmósferas tempranas, sino también cómo evolucionó el interior lunar”, dijo David Draper, científico adjunto de la NASA y coautor del estudio. “Nos dice cómo podría haber sido el núcleo de la Luna, probablemente una combinación de metal líquido y sólido en algún momento de su historia, y esa es una pieza muy importante del rompecabezas de cómo funciona la Luna en el interior . “

Con el tiempo, a medida que el interior de la Luna se enfrió, nuestro vecino más cercano perdió su magnetosfera y, finalmente, su atmósfera. El campo debe haber disminuido significativamente hace 3.200 millones de años y desapareció hace unos 1.500 millones de años. Sin un campo magnético, el viento solar arrasó con la atmósfera. Esta es también la razón por la que Marte perdió su atmósfera: la radiación solar la eliminó.

Si nuestra Luna jugó un papel en proteger nuestro planeta de la radiación dañina durante un tiempo crítico temprano, entonces, de manera similar, puede haber otras lunas alrededor de exoplanetas terrestres en la galaxia que ayuden a preservar las atmósferas para sus planetas anfitriones, e incluso contribuyan a que sean condiciones habituales, dicen los científicos. Esto sería de interés para el campo de la astrobiología: el estudio de los orígenes de la vida y la búsqueda de vida más allá de la Tierra.

La exploración humana puede decirnos más

Este estudio de modelado presenta ideas sobre cómo las historias antiguas de la Tierra y la Luna contribuyeron a la preservación de la atmósfera primitiva de la Tierra. Los procesos misteriosos y complejos son difíciles de descifrar, pero nuevas muestras de la superficie lunar proporcionarán pistas sobre los misterios.

Dado que la NASA planea establecer una presencia humana sostenible en la Luna a través del programa Artemis, puede haber múltiples oportunidades para probar estas ideas. Cuando los astronautas devuelven las primeras muestras del Polo Sur lunar, donde los campos magnéticos de la Tierra y la Luna están conectados con mayor fuerza, los científicos podrán buscar firmas químicas de la atmósfera antigua de la Tierra, así como las sustancias volátiles como el agua que fueron entregadas por los meteoros impactantes. y asteroides. Los científicos están especialmente interesados ​​en áreas del Polo Sur lunar que no han visto luz solar en absoluto en miles de millones de años – las “regiones permanentemente en sombra” – porque las duras partículas solares no habrían eliminado los volátiles.

El nitrógeno y el oxígeno, por ejemplo, pueden haber viajado de la Tierra a la Luna a lo largo de las líneas del campo magnético y quedar atrapados en esas rocas.

“Las muestras significativas de estas regiones permanentemente sombreadas serán críticas para que podamos desenredar esta evolución temprana de los volátiles de la Tierra, probando los supuestos de nuestro modelo”, dijo Green.

Los otros coautores del artículo son Scott Boardsen de la Universidad de Maryland, condado de Baltimore; y Chuanfei Dong de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.