Seit der Apollo-Ära wissen Wissenschaftler, dass der Mond in der Vergangenheit ein Magnetfeld hatte, aber jetzt kein Magnetfeld mehr. Neue Studien zu Apollo-Mondproben beantworten einige dieser Fragen, aber sie schaffen auch viele weitere Fragen, die beantwortet werden müssen.
Die von den Apollo-Missionen zurückgegebenen Mondproben zeigen Anzeichen einer Magnetisierung. Gesteine werden beim Erhitzen magnetisiert und dann in einem Magnetfeld abgekühlt. Wenn sie unter die Curie-Temperatur abkühlen (je nach Material ca. 800 ° C), richten sich die Metallpartikel im Gestein entlang der Umgebungsmagnetfelder aus und gefrieren in dieser Position, wodurch eine Restmagnetisierung entsteht.
Diese Magnetisierung kann auch aus dem Weltraum gemessen werden. Studien von umlaufenden Satelliten zeigen, dass die Magnetisierung des Mondes weit über die von Apollo-Astronauten abgetasteten Regionen hinausgeht. All diese Magnetisierung bedeutet, dass der Mond irgendwann in seiner frühen Geschichte ein Magnetfeld gehabt haben muss.
Die meisten Magnetfelder, die wir im Sonnensystem kennen, werden von einem Dynamo erzeugt. Grundsätzlich handelt es sich dabei um eine Konvektion in einem metallischen Flüssigkeitskern, die die Elektronen der Metallatome effektiv bewegt und einen elektrischen Strom erzeugt. Dieser Strom induziert dann ein Magnetfeld. Es wird angenommen, dass die Konvektion selbst durch Kühlung angetrieben wird. Wenn der äußere Kern abkühlt, sinken die kälteren Teile nach innen und lassen die wärmeren inneren Abschnitte nach außen nach außen wandern.
Da der Mond so klein ist, wird erwartet, dass ein magnetischer Dynamo, der durch konvektive Kühlung angetrieben wird, vor etwa 4,2 Milliarden Jahren abgeschaltet wurde. Der Nachweis einer Magnetisierung nach dieser Zeit würde also entweder 1) eine andere Energiequelle als die Kühlung erfordern, um die Bewegung eines flüssigen Kerns anzutreiben, oder 2) einen völlig anderen Mechanismus zur Erzeugung von Magnetfeldern.
Laborexperimente haben eine solche alternative Methode vorgeschlagen. Große beckenbildende Stöße könnten auf dem Mond kurzlebige Magnetfelder erzeugen, die in den heißen Materialien aufgezeichnet werden, die während des Aufprallereignisses ausgestoßen werden. Tatsächlich befinden sich einige Beobachtungen der Magnetisierung auf der gegenüberliegenden Seite des Mondes (dem Antipoden) von großen Becken.
Wie können Sie also feststellen, ob die Magnetisierung in einem Gestein durch einen Kerndynamo oder ein Aufprallereignis gebildet wurde? Nun, stoßinduzierte Magnetfelder dauern nur etwa 1 Tag. Wenn ein Gestein sehr langsam abkühlt, zeichnet es kein so kurzlebiges Magnetfeld auf, sodass jeder Magnetismus, den es behält, von einem Dynamo erzeugt worden sein muss. Auch Gesteine, die an Stößen beteiligt waren, weisen Anzeichen eines Schocks in ihren Mineralien auf.
Eine Mondprobe mit der Nummer 76535, die Anzeichen einer langsamen Abkühlung und keine Schockeffekte zeigt, weist eine deutliche Restmagnetisierung auf. Dies, zusammen mit dem Alter der Probe, legt nahe, dass der Mond vor 4,2 Milliarden Jahren einen flüssigen Kern und ein dynamoerzeugtes Magnetfeld hatte. Ein solcher Kerndynamo steht im Einklang mit der konvektiven Kühlung. Aber was ist, wenn es jüngere Proben gibt?
Neue Studien, die Erin Shea und ihre Kollegen kürzlich in Science veröffentlicht haben, legen nahe, dass dies der Fall sein könnte. Frau Shea, eine Doktorandin am MIT, und ihr Team untersuchten Probe 10020, einen 3,7 Milliarden Jahre alten Stutenbasalt, der von den Apollo 11-Astronauten zurückgebracht wurde. Sie zeigten, dass die Probe 10020 keine Anzeichen eines Schocks in ihren Mineralien zeigt. Sie schätzten, dass das Abkühlen der Probe mehr als 12 Tage dauerte, was viel langsamer ist als die Lebensdauer eines stoßinduzierten Magnetfelds. Und sie fanden heraus, dass die Probe sehr stark magnetisiert ist.
Aus ihren Studien schließen Frau Shea und ihre Kollegen, dass der Mond vor etwa 3,7 Milliarden Jahren einen starken magnetischen Dynamo und damit einen sich bewegenden metallischen Kern hatte. Dies ist weit nach der Zeit, in der ein konvektiver Kühldynamo abgeschaltet worden wäre. Es ist jedoch nicht klar, ob der Dynamo seit 4,2 Milliarden Jahren kontinuierlich aktiv war oder ob der Mechanismus, der den flüssigen Kern bewegte, bei 4,2 und 3,8 Milliarden Jahren der gleiche war. Welche anderen Möglichkeiten gibt es also, um einen flüssigen Kern in Bewegung zu halten?
Jüngste Studien eines Teams französischer und belgischer Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Le Bars legen nahe, dass große Einflüsse den Mond von seiner synchronen Rotation mit der Erde abhalten können. Dies würde Gezeiten im flüssigen Kern erzeugen, ähnlich wie die Ozeane der Erde. Diese Kernfluten würden erhebliche Verzerrungen an der Kern-Mantel-Grenze verursachen, die große Strömungen im Kern antreiben und einen Dynamo erzeugen könnten.
In einer anderen kürzlich durchgeführten Studie schlugen Dr. Dwyer und Kollegen vor, dass die Präzession der Mondspinachse den flüssigen Kern rühren könnte. Die Nähe des frühen Mondes zur Erde hätte die Drehachse des Mondes wackeln lassen. Diese Präzession würde unterschiedliche Bewegungen im flüssigen Kern und im darüber liegenden festen Mantel verursachen und ein lang anhaltendes (länger als 1 Milliarde Jahre) mechanisches Rühren des Kerns erzeugen. Dr. Dwyer und sein Team schätzen, dass ein solcher Dynamo vor etwa 2,7 Milliarden Jahren natürlich abgeschaltet werden würde, wenn sich der Mond im Laufe der Zeit von der Erde entfernt und seinen Gravitationseinfluss verringert.
Leider passt das durch die Untersuchung der Probe 10020 vorgeschlagene Magnetfeld zu keiner dieser Möglichkeiten. Beide Modelle würden Magnetfelder liefern, die zu schwach sind, um die in Probe 10020 beobachtete starke Magnetisierung zu erzeugen. Eine andere Methode zur Mobilisierung des flüssigen Mondkerns muss gefunden werden, um diese neuen Erkenntnisse zu erklären.
Quellen:
Ein langlebiger Mondkerndynamo. Shea et al. Science 27, Januar 2012, 453–456. doi: 10.1126 / science.1215359.
Ein langlebiger Monddynamo, der durch kontinuierliches mechanisches Rühren angetrieben wird. Le Bars et al. Nature 479, November 2011, 212-214. doi: 10.1038 / nature10564.
Ein stoßgetriebener Dynamo für den frühen Mond. Dwyer et al. Nature 479, November 2011, 215-218. doi: 10.1038 / nature10565.
