Wenn es um das Studium von Planeten, Monden und Sternen geht, sind Magnetfelder eine große Sache. Es wird angenommen, dass diese Felder das Ergebnis der Konvektion auf einem Planeten sind. Sie können den Unterschied zwischen einem Planeten ausmachen, der Leben hervorruft oder zu einem leblosen Felsball wird. Seit einiger Zeit wissen Wissenschaftler, dass es ein Erdmagnetfeld gibt, das von einem Dynamoeffekt angetrieben wird, der durch Konvektion in seinem flüssigen äußeren Kern erzeugt wird.
Wissenschaftler haben auch lange behauptet, dass der Mond einst ein Magnetfeld hatte, das auch durch Konvektion in seinem Kern angetrieben wurde. Früher glaubte man, dass dieses Feld ungefähr 1 Milliarde Jahre nach der Mondbildung verschwand (vor ca. 3 bis 3,5 Milliarden Jahren). Laut einer neuen Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) scheint das Magnetfeld des Mondes nun noch eine Milliarde Jahre lang zu bestehen.
Die Studie mit dem Titel „Eine zwei Milliarden Jahre alte Geschichte für den Monddynamo“ wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft. Unter der Leitung von Dr. Sonia Tikoo, einer Assistenzprofessorin an der Rutger-Universität und ehemaligen Forscherin am MIT, analysierte das Team alte Mondgesteine, die von der NASA gesammelt wurden Apollo 15 Mission. Sie fanden heraus, dass das Gestein Anzeichen eines Wesens im Magnetfeld zeigte, als es vor 1 bis 2,5 Milliarden Jahren gebildet wurde.
Das Alter dieser Gesteinsprobe bedeutet, dass sie deutlich jünger ist als andere, die von den Apollo-Missionen zurückgegeben wurden. Mit einer von ihnen entwickelten Technik untersuchte das Team die glasartige Zusammensetzung der Probe mit einem Magnometer, um ihre magnetischen Eigenschaften zu bestimmen. Anschließend setzten sie die Probe einem im Labor erzeugten Magnetfeld und anderen Bedingungen aus, die denen auf dem Mond ähnlich waren, als sich das Gestein gebildet hätte.
Dazu wurden die Gesteine in einen speziell entwickelten Ofen mit Sauerstoffmangel gegeben, der mit Hilfe von Clement Suavet und Timothy Grove gebaut wurde - zwei Forscher des MIT-Ministeriums für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften (EAPS) und Mitautoren die Studium. Das Team setzte die Felsen dann einer dünnen, sauerstofffreien Umgebung aus und erhitzte sie auf extreme Temperaturen.
Wie Benjamin Weiss - Professor für Planetenwissenschaften an der EAPS - erklärte:
„Sie sehen, wie magnetisiert es wird, wenn es in diesem bekannten Magnetfeld erhitzt wird, dann vergleichen Sie dieses Feld mit dem natürlichen Magnetfeld, das Sie zuvor gemessen haben, und daraus können Sie herausfinden, wie hoch die alte Feldstärke war… Auf diese Weise können wir endlich habe eine genaue Messung des Mondfeldes erhalten. “
Daraus ermittelten sie, dass das Mondgestein in einem Feld mit einer Stärke von etwa 5 Mikrotesla magnetisiert wurde. Das ist um ein Vielfaches schwächer als das Erdmagnetfeld, gemessen von der Oberfläche (25 - 65 Mikroteslas), und zwei Größenordnungen schwächer als vor 3 bis 4 Milliarden Jahren. Diese Ergebnisse waren ziemlich bedeutsam, da sie dazu beitragen können, ein dauerhaftes Rätsel um den Mond zu lösen.
Zuvor vermuteten Wissenschaftler, dass das Magnetfeld des Mondes 1,5 Milliarden Jahre nach der Mondbildung (vor ca. 3 Milliarden Jahren) ausgestorben war. Sie waren sich jedoch nicht sicher, ob dieser Prozess schnell ablief oder ob das Magnetfeld des Mondes anhielt, jedoch in einem geschwächten Zustand. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das Magnetfeld tatsächlich weitere Milliarden Jahre andauerte und sich vor etwa 2,5 Milliarden Jahren auflöste.
Wie Weiss angedeutet hat, wirft diese Studie neue Fragen zur geologischen Geschichte des Mondes auf:
„Das Konzept eines planetaren Magnetfelds, das durch das Bewegen von flüssigem Metall erzeugt wird, ist eine Idee, die wirklich nur wenige Jahrzehnte alt ist. Was diese Bewegung auf der Erde und anderen Körpern, insbesondere auf dem Mond, antreibt, ist nicht genau bekannt. Wir können dies herausfinden, indem wir die Lebensdauer des Monddynamos kennen. “
Mit anderen Worten, diese neue Zeitachse des Mondes lässt Zweifel an der Theorie aufkommen, dass ein Monddynamo allein sein Magnetfeld in der Vergangenheit angetrieben hat. Grundsätzlich wird nun als eindeutige Möglichkeit angesehen, dass das Magnetfeld des Mondes durch zwei Mechanismen angetrieben wurde. Während man im Kern einen Dynamo zuließ, der sein Magnetfeld für eine gute Milliarde Jahre nach der Mondbildung versorgte, hielt ein zweiter ihn danach am Laufen.
In der Vergangenheit haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass der Dynamo des Mondes durch die Erdanziehung angetrieben wird, was zu einer Gezeitenbiegung im Inneren des Mondes geführt hätte (ähnlich wie die starke Schwerkraft von Jupiter und Saturn die geologische Aktivität in den Innenräumen ihrer Monde antreibt). Außerdem umkreiste der Mond einst viel näher an der Erde, was möglicherweise ausreichte, um sein einst stärkeres Magnetfeld anzutreiben.
Der Mond entfernte sich jedoch allmählich von der Erde und erreichte schließlich vor etwa 3 Milliarden Jahren seine aktuelle Umlaufbahn. Dies stimmt mit der Zeitachse des Magnetfelds des Mondes überein, das sich ungefähr zur gleichen Zeit aufzulösen begann. Dies könnte bedeuten, dass sich der Kern vor etwa 3 Milliarden Jahren ohne die Anziehungskraft der Erde langsam abkühlte. Eine Milliarde Jahre später hatte sich der Kern so verfestigt, dass er das Magnetfeld des Mondes aufhielt. Wie Weiss erklärte:
„Wenn sich der Mond abkühlt, wirkt sein Kern wie eine Lavalampe - Material mit geringer Dichte steigt auf, weil es heiß ist oder weil sich seine Zusammensetzung von der der umgebenden Flüssigkeit unterscheidet. So denken wir, dass der Dynamo der Erde funktioniert, und wir schlagen vor, dass dies auch der späte Monddynamo tat ... Heute ist das Mondfeld im Wesentlichen Null. Und wir wissen jetzt, dass es irgendwo zwischen der Entstehung dieses Felsens und heute ausgeschaltet wurde. “
Möglich wurden diese Erkenntnisse zum Teil durch die Verfügbarkeit jüngerer Mondgesteine. In Zukunft planen die Forscher, noch jüngere Proben zu analysieren, um genau zu bestimmen, wo der Monddynamo vollständig ausgestorben ist. Dies wird nicht nur dazu dienen, die Ergebnisse dieser Studie zu validieren, sondern könnte auch zu einer umfassenderen Zeitleiste der geologischen Geschichte des Mondes führen.
Die Ergebnisse dieser und anderer Studien, die verstehen wollen, wie sich der Mond im Laufe der Zeit gebildet und verändert hat, werden auch wesentlich dazu beitragen, unser Verständnis der Entstehung der Erde, des Sonnensystems und der außer-solaren Systeme zu verbessern.
