Wiry księżycowe to jasne, kręte kształty na powierzchni Księżyca, wystarczająco jasne, aby można je było zobaczyć przez teleskop na podwórku. Niektórzy uważają, że wyglądają jak pociągnięcia pędzla w abstrakcyjnym obrazie. Ale to nie są tylko artystyczne ozdobniki: zdjęcia NASA pokazują, że wąsy z niektórych wirów księżycowych rozciągają się na setki mil.
Wiry księżycowe nie dają się łatwo wytłumaczyć, ale ostatnie dane z modeli i sond kosmicznych rzucają światło na zawiłą tajemnicę. Dane pokazują, że skały w wirach są namagnesowane, a te skały odchylają lub przekierowują cząsteczki wiatru słonecznego, które nieustannie bombardują Księżyc. Zamiast tego pobliskie skały otrzymują cios. Z czasem sąsiednie skały ciemnieją w wyniku reakcji chemicznych wywołanych przez zderzenia, podczas gdy wiry pozostają jasne.
Ale w jaki sposób skały w wirach księżycowych zostały namagnesowane? Księżyc nie ma dziś pola magnetycznego. Żaden astronauta ani łazik nie odwiedził jeszcze wiru księżycowego, aby go zbadać.
„Uderzenia mogą powodować tego typu anomalie magnetyczne” — powiedział Michael J. Krawczyński, adiunkt nauk o Ziemi, środowisku i planetach w Arts & Sciences na Washington University w St. Louis. Zauważa, że meteoryty regularnie dostarczają bogaty w żelazo materiał do obszarów na powierzchni Księżyca. „Ale są pewne wiry, co do których nie jesteśmy pewni, jak uderzenie mogło stworzyć taki kształt i rozmiar”.
Krawczyński uważa, że bardziej prawdopodobne jest, że coś innego lokalnie namagnesowało zawirowania.
„Inna teoria głosi, że pod ziemią znajdują się lawy, które powoli stygną w polu magnetycznym i tworzą anomalię magnetyczną” — powiedział Krawczyński, który zaprojektował eksperymenty, aby przetestować to wyjaśnienie. Jego wyniki opublikowano w czasopiśmie Journal of Geophysical Research: Planets.
Krawczynski i główna autorka badania, Yuanyuan Liang, która niedawno uzyskała tytuł doktora nauk o Ziemi, środowisku i planetach w dziedzinie nauk humanistycznych i ścisłych, zmierzyła wpływ różnych kombinacji chemii atmosfery i szybkości chłodzenia magmy na minerał zwany ilmenitem, aby sprawdzić, czy mogą one wywołać efekt magnesowania.
„Skały ziemskie są bardzo łatwo namagnesowane, ponieważ często zawierają drobne kawałki magnetytu, który jest minerałem magnetycznym” – powiedział Krawczyński. „Wiele badań naziemnych, które skupiały się na rzeczach z magnetytem, nie ma zastosowania do Księżyca, gdzie nie ma tego hipermagnetycznego minerału”.
Ale ilmenit, który obficie występuje na Księżycu, może także reagować i tworzyć cząsteczki żelaza, które w odpowiednich warunkach mogą ulegać namagnesowaniu, odkryli Krawczyński i jego zespół.
„Mniejsze ziarna, z którymi pracowaliśmy, wydawały się wytwarzać silniejsze pola magnetyczne, ponieważ stosunek powierzchni do objętości jest większy dla mniejszych ziaren w porównaniu z większymi ziarnami” — powiedział Liang. „Przy większej odsłoniętej powierzchni mniejsze ziarna łatwiej poddają się reakcji redukcji”.
„Nasze eksperymenty analogowe wykazały, że w warunkach księżycowych możemy stworzyć namagnesowany materiał, którego potrzebowaliśmy. Jest więc prawdopodobne, że te zawirowania są spowodowane przez magmę podpowierzchniową” – powiedział Krawczyński, który jest pracownikiem naukowym w uniwersyteckim McDonnell Center for the Space Sciences.
Określenie pochodzenia zawirowań księżycowych jest uważane za kluczowe dla zrozumienia procesów kształtujących powierzchnię Księżyca, historii pola magnetycznego na Księżycu, a nawet tego, w jaki sposób powierzchnie planet i księżyców wpływają na otaczające je środowisko kosmiczne.
To badanie pomoże zinterpretować dane uzyskane podczas przyszłych misji na Księżyc, zwłaszcza tych, które badają anomalie magnetyczne na powierzchni Księżyca. NASA zamierza wysłać łazik do obszaru wiru księżycowego znanego jako Reiner Gamma w 2025 r. w ramach misji Lunar Vertex.
„Jeśli zamierzasz tworzyć anomalie magnetyczne metodami, które opisujemy, to podziemna magma musi mieć wysoką zawartość tytanu” — powiedział Krawczyński. „Widzieliśmy wskazówki tej reakcji tworzącej metaliczne żelazo w meteorytach księżycowych i próbkach księżycowych z Apollo. Ale wszystkie te próbki to powierzchniowe strumienie lawy, a nasze badanie pokazuje, że chłodzenie pod ziemią powinno znacznie wzmocnić te reakcje tworzące metale”.
Na razie jego podejście eksperymentalne jest najlepszym sposobem sprawdzenia przewidywań dotyczących tego, w jaki sposób niewidoczna lawa może wywoływać efekty magnetyczne tajemniczych wirów księżycowych.
„Gdybyśmy mogli po prostu zagłębić się w temat, moglibyśmy zobaczyć, czy ta reakcja zachodzi” – powiedział Krawczyński. „To byłoby świetne, ale na razie nie jest to możliwe. Na razie jesteśmy uwięzieni na powierzchni”.