Neue Studie sagt, dass das Magnetfeld des Mondes 1 Milliarde Jahre länger existierte, als wir dachten
Wenn es um das Studium von Planeten, Monden und Sternen geht, sind Magnetfelder eine große Sache. Diese Felder, von denen angenommen wird, dass sie das Ergebnis der Konvektion in einem Planeten sind, können den Unterschied ausmachen, ob ein Planet Leben hervorbringt oder eine leblose Gesteinskugel wird. Seit einiger Zeit wissen Wissenschaftler, dass ein Erdmagnetfeld vorhanden ist, 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. Bisher ging man davon aus, dass dieses Feld etwa 1 Milliarde Jahre nach der Mondentstehung (vor ca. 3 bis 3,5 Milliarden Jahren) verschwunden ist. Aber nach a neue Studie vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) zeigt sich nun, dass das Magnetfeld des Mondes noch eine Milliarde Jahre existierte.
Die Studie mit dem Titel „ Eine zwei-Milliarden-jährige Geschichte für den Monddynamo “, erschien kürzlich in der ZeitschriftWissenschaftliche Fortschritte. Unter der Leitung von Dr. Sonia Tikoo, Assistenzprofessorin an der Rutger's University und ehemalige Forscherin am MIT, analysierte das Team altes Mondgestein, das von NASAs . gesammelt wurde Apollo 15 Mission. Sie fanden heraus, dass das Gestein bei seiner Entstehung vor 1 bis 2,5 Milliarden Jahren Anzeichen eines Seins im Magnetfeld aufwies.
Künstlerisches Konzept einer Kollision zwischen Proto-Erde und Theia, die zur Bildung des Mondes führte, ca. Vor 4,5 Milliarden Jahren. Bildnachweis: NASA
Das Alter dieser Gesteinsprobe bedeutet, dass sie deutlich jünger ist als andere, die von den Apollo-Missionen zurückgebracht wurden. Mit einer von ihnen entwickelten Technik untersuchte das Team die glasartige Zusammensetzung der Probe mit einem Magnometer, um ihre magnetischen Eigenschaften zu bestimmen. Dann setzten sie die Probe einem im Labor erzeugten Magnetfeld und anderen Bedingungen aus, die denen auf dem Mond ähnelten, als sich das Gestein gebildet hätte.
Dies geschah, indem die Steine in einen speziell entwickelten Ofen mit Sauerstoffmangel gelegt wurden, der mit Hilfe von Clement Suavet und Timothy Grove – zwei Forschern der MIT-Abteilung für gebaut wurde Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften (EAPS) und Co-Autoren der Studie. Anschließend setzte das Team die Gesteine einer schwachen, 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 können daraus die uralte Feldstärke herausfinden … Auf diese Weise haben wir endlich haben eine genaue Messung des Mondfeldes erhalten.“
Daraus stellten sie fest, dass das Mondgestein in einem Feld mit einer Stärke von etwa 5 Mikrotesla magnetisiert wurde. Das ist um ein Vielfaches schwächer als das von der Oberfläche aus gemessene Magnetfeld der Erde (25 – 65 Mikrotesla) und zwei Größenordnungen schwächer als vor 3 bis 4 Milliarden Jahren. Diese Ergebnisse waren sehr bedeutsam, da sie helfen könnten, ein anhaltendes Rätsel um den Mond zu lösen.
Ausschnitt des Mondes, der sein differenziertes Inneres zeigt. Bildnachweis: NASA/SSERVI
Zuvor vermuteten Wissenschaftler, dass das Magnetfeld des Mondes 1,5 Milliarden Jahre nach der Mondentstehung (vor ca. 3 Milliarden Jahren) erloschen ist. Sie waren sich jedoch nicht sicher, ob dieser Prozess schnell ablief oder ob das Magnetfeld des Mondes Bestand hatte, jedoch in einem abgeschwächten Zustand. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das Magnetfeld tatsächlich noch eine weitere Milliarde 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 planetarischen Magnetfelds, das durch die Bewegung von flüssigem Metall erzeugt wird, ist eine Idee, die eigentlich erst wenige Jahrzehnte alt ist. Was diese Bewegung auf der Erde und anderen Körpern, insbesondere auf dem Mond, antreibt, ist nicht gut verstanden. Wir können dies herausfinden, indem wir die Lebensdauer des Monddynamos kennen.“
Mit anderen Worten, diese neue Zeitachse des Mondes wirft einige Zweifel an der Theorie auf, dass allein ein Monddynamo sein Magnetfeld in der Vergangenheit angetrieben hat. Grundsätzlich wird es nun als eindeutige Möglichkeit angesehen, dass das Magnetfeld des Mondes durch zwei Mechanismen angetrieben wurde. Während man einen Dynamo im Kern vorsah, der sein Magnetfeld noch gut eine Milliarde Jahre nach der Mondentstehung antrieb, hielt ein zweiter es danach am Laufen.
In der Vergangenheit haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass der Dynamo des Mondes durch die Anziehungskraft der Erde angetrieben wird, die eine Gezeitenbiegung im Inneren des Mondes verursacht hätte (ähnlich der starken Schwerkraft von Jupiter und Saturn, die die geologische Aktivität im Inneren ihres Mondes antreibt). Darüber hinaus kreiste der Mond einst viel näher an der Erde, was möglicherweise ausreichte, um sein einst stärkeres Magnetfeld anzutreiben.
Künstlerische Darstellung eines marsgroßen Objekts, das auf die Erde stürzt und den Prozess einleitet, der schließlich unseren Mond schuf. Bildnachweis: Joe Tucciarone
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 ungefähr zur gleichen Zeit zu verschwinden begann. Dies könnte bedeuten, dass der Erdkern vor etwa 3 Milliarden Jahren ohne die Anziehungskraft der Erde langsam abgekühlt ist. Eine Milliarde Jahre später hatte sich der Kern so verfestigt, dass er das Magnetfeld des Mondes zum Stillstand brachte. Wie Weiss erklärte:
„Wenn der Mond abkühlt, verhält sich sein Kern wie eine Lavalampe – Material geringer Dichte steigt auf, weil es heiß ist oder weil seine Zusammensetzung sich von der der umgebenden Flüssigkeit unterscheidet. So funktioniert unserer Meinung nach der Dynamo der Erde, und wir vermuten, dass dies auch der späte Monddynamo tat ... Heute ist das Feld des Mondes im Wesentlichen null. Und wir wissen jetzt, dass es irgendwo zwischen der Entstehung dieses Felsens und heute abgegangen ist.“
Diese Erkenntnisse wurden teilweise durch die Verfügbarkeit jüngerer Mondgesteine ermöglicht. Künftig wollen die Forscher noch jüngere Proben analysieren, um genau zu bestimmen, wo der Dynamo des Mondes komplett 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 versuchen zu verstehen, wie sich der Mond im Laufe der Zeit gebildet und verändert hat, werden auch viel dazu beitragen, unser Verständnis der Entstehung der Erde, des Sonnensystems und der extrasolaren Systeme zu verbessern.
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