Lige siden Apollo-æraen har videnskabsmanden vidst, at Månen havde en slags magnetfelt i fortiden, men ikke har en sådan nu. Nye undersøgelser af Apollo-måneprøver besvarer nogle af disse spørgsmål, men de skaber også mange flere spørgsmål, der skal besvares.
Måneprøverne, der blev returneret af Apollo-missionerne, viser tegn på magnetisering. Bergarter magnetiseres, når de opvarmes og afkøles derefter i et magnetfelt. Når de afkøles under Curie-temperaturen (ca. 800 grader C, afhængigt af materialet), frigøres de metalliske partikler i klippen langs omgivende magnetiske felter og fryser i denne position, hvilket frembringer en restmagnetisering.
Denne magnetisering kan også måles fra rummet. Undersøgelser fra kredsende satellitter viser, at Månens magnetisering strækker sig langt ud over de regioner, der er samplet af Apollo-astronauter. Al denne magnetisering betyder, at Månen må have haft et magnetfelt på et tidspunkt i sin tidlige historie.
De fleste af de magnetiske felter, vi kender til i solsystemet, genereres af en dynamo. Grundlæggende involverer dette konvektion i en metallisk flydende kerne, der effektivt bevæger metalatomernes elektroner og skaber en elektrisk strøm. Denne strøm inducerer derefter et magnetfelt. Selve konvektionen menes at være drevet af afkøling. Når den ydre kerne afkøles, synker de koldere dele ind i det indre og lader de varmere indre dele bevæge sig udad mod det ydre.
Fordi Månen er så lille, forventes en magnetisk dynamo, der er drevet af konvektiv køling, at have lukket for nogen tid for omkring 4,2 milliarder år siden. Så bevis på magnetisering efter denne tid ville have brug for enten 1) en anden energikilde end afkøling for at drive bevægelsen af en væskekerne, eller 2) en helt anden mekanisme til at skabe magnetiske felter.
Laboratorieforsøg har antydet en sådan alternativ metode. Store håndvandsdannende påvirkninger kunne frembringe magnetiske felter med kort levetid på Månen, som ville blive registreret i de varme materialer, der blev sprøjtet ud under påvirkningen. Faktisk er nogle observationer af magnetisering placeret på den modsatte side af Månen (antipoden) fra store bassiner.
Så hvordan kan du se, om magnetisering i en klippe blev dannet af en kerne-dynamo eller en påvirkningsbegivenhed? Nå, påvirkningsinducerede magnetfelter varer kun ca. 1 dag. Hvis en klippe afkøles meget langsomt, ville den ikke registrere et så kortvarigt magnetfelt, så enhver magnetisme, den bevarer, skal være produceret af en dynamo. Klipper, der har været involveret i påvirkninger, viser også tegn på chok i deres mineraler.
En måneprøve, nummer 76535, som viser tegn på langsom afkøling og ingen chokeffekter, har en markant restmagnetisering. Dette antyder sammen med prøvens alder, at Månen havde en flydende kerne og et dynamo-genereret magnetfelt for 4,2 milliarder år siden. En sådan kernedynamo er i overensstemmelse med konvektiv køling. Men hvad nu hvis der er yngre prøver?
Nye undersøgelser, der for nylig blev offentliggjort i Science af Erin Shea og hendes kolleger, antyder, at dette kan være tilfældet. Ms Shea, en kandidatstuderende ved MIT, og hendes team studerede prøve 10020, en 3,7 milliarder år gammel hoppe basalt bragt tilbage af Apollo 11-astronauterne. De demonstrerede, at prøve 10020 ikke viser tegn på chok i dets mineraler. De vurderede, at det tog mere end 12 dage at afkøle prøven, hvilket er meget langsommere end levetiden for et slaginduceret magnetfelt. Og de fandt, at prøven er meget stærk magnetiseret.
Fra deres undersøgelser konkluderer fru Shea og hendes kolleger, at Månen havde en stærk magnetisk dynamo og derfor en bevægende metallisk kerne for omkring 3,7 milliarder år siden. Dette er godt efter det tidspunkt, hvor en konvektiv køle-dynamo ville have lukket ned. Det er imidlertid ikke klart, om dynamoen var kontinuerligt aktiv siden 4,2 milliarder år siden, eller om mekanismen, der bevægede den flydende kerne, var den samme ved 4,2 og 3,8 milliarder år. Så hvilke andre måder er der for at holde en flydende kerne i bevægelse?
Nylige studier fra et team af franske og belgiske forskere, ledet af Dr. Le Bars, antyder, at store påvirkninger kan frigøre Månen fra dens synkrone rotation med Jorden. Dette ville skabe tidevand i den flydende kerne, ligesom jordens oceaner. Disse kernevande ville forårsage betydelige forvrængninger ved kerne-mantelgrænsen, hvilket kunne føre til store strømme i kernen og skabe en dynamo.
I en anden nylig undersøgelse foreslog Dr. Dwyer og kolleger, at præcession af månens spinakse kunne røre væskekernen. Den tidlige månes nærhed til Jorden ville have fået Månens spinakse til at vingle. Denne præcession ville forårsage forskellige bevægelser i den flydende kerne og den overliggende faste mantel og frembringe en langvarig (længere end 1 milliard år) mekanisk omrøring af kernen. Dr. Dwyer og hans team anslår, at en sådan dynamo naturligvis ville lukke ned for omkring 2,7 milliarder år siden, da månen flyttede væk fra Jorden over tid og mindskede dens tyngdekraftpåvirkning.
Desværre passer det magnetiske felt, der er foreslået af undersøgelsen af prøve 10020, ikke til nogen af disse muligheder. Begge disse modeller ville tilvejebringe magnetiske felter, der er for svage til at have frembragt den stærke magnetisering, der er observeret i prøve 10020. En anden metode til mobilisering af den flydende kerne i Månen vil være nødvendigt at finde for at forklare disse nye fund.
Kilder:
En langvarig månekernedynamo. Shea et al. Videnskab 27. januar 2012, 453-456. doi: 10,1126 / science.1215359.
En langvarig månedynamo drevet af kontinuerlig mekanisk omrøring. Le Bars et al. Natur 479, november 2011, 212-214. doi: 10.1038 / nature10564.
En slagstyret dynamo til den tidlige måne. Dwyer et al. Natur 479, november 2011, 215-218. doi: 10.1038 / nature10565.
