I årtier har videnskabsmænd konstateret, at Earth-Moon-systemet blev dannet som et resultat af en kollision mellem Jorden og en Mars-størrelse genstand for ca. 4,5 milliarder år siden. Denne teori, der er kendt som Giant Impact-hypotesen, forklarer, hvorfor Jorden og Månen er ens i struktur og sammensætning. Interessant nok har videnskabsmænd også bestemt, at Månen i sin tidlige historie havde en magnetosfære - ligesom Jorden gør i dag.
En ny undersøgelse ledet af forskere ved MIT (med støtte fra NASA) indikerer dog, at Månens magnetfelt på et tidspunkt faktisk har været stærkere end Jordens. De var også i stand til at lægge strammere begrænsninger på, da dette felt udspredte sig og hævdede, at det ville være sket for omkring 1 milliard år siden. Disse fund har bidraget til at løse mysteriet om, hvilken mekanisme, der drev Månens magnetfelt over tid.
Undersøgelsen, der for nylig blev vist i tidsskriftet Videnskabelige fremskridt, blev ledet af Saied Mighani, en eksperimentel stenfysiker med MIT's Institut for Jord, Atmosfære og Planetenskab. Han blev sammen med medlemmer af Berkeley Geochronology Center ved UC Berkeley og China University of Geosciences med yderligere støtte fra den berømte EAPS-professor, Dr. Benjamin Weiss.
For at sammenfatte er Jordens magnetfelt essentielt for livet, som vi kender det. Når indkommende solvindpartikler når Jorden, afbøjes de af dette felt og danner et bågechok foran Jorden og magnethaler bag det. De resterende partikler afsættes på magnetpolerne, hvor de interagerer med vores atmosfære, hvilket får Aurorae til at ses i den fjerneste nordlige og sydlige halvkugle.
Hvis det ikke var for dette magnetfelt, ville Jordens atmosfære langsomt have været fjernet af solvind i løbet af milliarder af år og gjort et koldt, tørt sted. Det antages at være det, der skete på Mars, hvor en gang tykkere atmosfære blev udtømt for mellem 4,2 og 3,7 milliarder år siden, og alt det flydende vand på dets overflade blev enten tabt eller frøs som et resultat.
I årenes løb har Weiss 'gruppe hjulpet med at demonstrere gennem undersøgelsen af månebjerger, at for ca. 4 milliarder år siden havde Månen også et stærkt magnetfelt på omkring 100 mikroteslas i styrke (mens Jordens omkring 50 mikroteslas i dag). I 2017 undersøgte de prøver indsamlet af Apollo-astronauterne, der var dateret til for ca. 2,5 milliarder år siden og fundet et meget svagere felt (mindre end 10 mikroteslas).
Med andre ord, Månens magnetfelt blev svækket med en faktor på mellem 5 og 2,5 milliarder år siden og forsvandt derefter helt for ca. 1 milliard år siden. På det tidspunkt teoretiserede Weiss og hans kolleger, at det måske var to dynamo-mekanismer i Månens indre, der var ansvarlige for denne ændring.
Kort sagt argumenterede de for, at en første dynamo-effekt kunne have genereret et meget stærkere magnetfelt for omkring 4 milliarder år siden. Derefter, for 2,5 milliarder år siden, blev den erstattet af en anden dynamo, der var mere langvarig, men opretholdt et meget svagere magnetfelt. Som Dr. Weiss forklarede i en MIT News release:
”Der er flere ideer til, hvilke mekanismer der styrede månedynamoen, og spørgsmålet er, hvordan finder du ud af, hvilken der gjorde det? Det viser sig, at alle disse strømkilder har forskellige levetider. Så hvis du kunne finde ud af, hvornår dynamoen blev slået fra, kunne du skelne mellem de mekanismer, der er blevet foreslået til månedynamoen. Det var formålet med dette nye papir. ”
Indtil nu har det været en stor udfordring at skaffe månefarve, der er mindre end 3 milliarder år gamle. Årsagen hertil har at gøre med det faktum, at vulkansk aktivitet, der var almindelig på Månen for 4 milliarder år siden, ophørte for ca. 3 milliarder år siden. Heldigvis var MIT-teamet i stand til at identificere to prøver af måneberg, der blev opnået af Apollo-astronauterne, og som blev skabt af en påvirkning for 1 milliard år siden.
Mens disse klipper blev smeltet af stødet og derefter solidificeret og dermed slettet deres magnetiske rekord i processen, var teamet i stand til at udføre test på dem for at rekonstruere deres magnetiske signatur. Først analyserede de orienteringen af klippens elektroner, som Weiss beskriver som "små kompasser", da de enten ville rette sig i retning af et eksisterende magnetfelt eller fremstå i tilfældige orienteringer i fravær af et.
I begge prøver observerede holdet sidstnævnte, hvilket antydede, at klipperne dannede sig i et ekstremt svagt magnetfelt på højst 0,1 mikroteslas (muligvis overhovedet ingen). Dette blev efterfulgt af en radiometrisk dateringsteknik, der blev tilpasset til denne undersøgelse af Weiss og David L. Shuster (en Berkeley Geochronology Center-forsker og medforfatter til undersøgelsen). Disse resultater bekræftede, at klipperne faktisk var 1 milliard år gamle.
Endelig gennemførte teamet varmeprøver på prøverne for at bestemme, om de kunne give en god magnetisk rekord på tidspunktet for påvirkningen. Dette bestod af at placere begge prøver i en ovn og udsætte dem for de slags høje temperaturer, der ville være skabt af en påvirkning. Da de afkøles, udsatte de dem for et kunstigt genereret magnetfelt i laboratoriet og bekræftede, at de var i stand til at registrere det.
Disse resultater bekræfter, at den magnetiske styrke, der oprindeligt blev målt af teamet (0,1 mikroteslas), er nøjagtig, og at dynamo, der driver månens magnetfelt for sandsynligvis var afsluttet for 1 milliard år siden. Som Weiss udtrykte:
”Magnetfeltet er denne nebulous ting, der gennemsyrer rummet, som et usynligt kraftfelt. Vi har vist, at dynamoen, der producerede månens magnetfelt døde et sted mellem 1,5 og 1 milliard år siden, og ser ud til at være drevet på en jordlignende måde. ”
Som bemærket hjælper denne undersøgelse også med at løse debatten omkring, hvad der drev månens dynamo i sine senere faser. Mens flere teorier er blevet foreslået, er disse nye fund i overensstemmelse med teorien om, at kernekrystallisering er ansvarlig. Grundlæggende siger denne teori, at Månens indre kerne krystalliserede over tid, hvilket bremser strømmen af elektrisk ladet væske og arresterer dynamoen.
Weiss antyder, at forud for dette kan præcession have været ansvarlig for at drive en meget stærkere (men kortvarig) dynamo, som ville have frembragt det stærke magnetfelt. Dette stemmer overens med det faktum, at Månen for 4 milliarder år siden menes at have kredset meget tættere på Jorden. Dette ville have resulteret i, at Jordens tyngdekraft havde en langt større effekt på Månen, hvilket fik dens mantel til at vingle og omrøre aktivitet i kernen.
Da månen langsomt vandrede væk fra Jorden, faldt effekten af præcession, og den magnetiske feltproducerende dynamo ville svækkes. For omkring 2,5 milliarder år siden blev krystallisation den dominerende mekanisme, hvormed månedynamoen fortsatte, hvilket producerede et svagere magnetfelt, der varede, indtil den ydre kerne endelig krystalliserede for en milliard år siden.
Undersøgelser som dette kunne også hjælpe med at løse mysteriet om, hvorfor planeter som Venus og Mars mistede deres magnetiske felter (bidrager til kataklysmiske klimaændringer), og hvordan Jorden kunne miste sin egen en dag. I betragtning af dets betydning for beboelighed kan en større forståelse af dynamoer og magnetiske felter også hjælpe med at søge efter beboelige eksoplaneter.
