Helt siden Apollo-æraen har forskere visst at månen hadde et slags magnetfelt i fortiden, men ikke har det nå. Nye studier av Apollo-måneprøver svarer på noen av disse spørsmålene, men de lager også mange flere spørsmål som skal besvares.
Måneprøvene som ble returnert av Apollo-oppdragene viser bevis på magnetisering. Bergarter blir magnetisert når de varmes opp og deretter avkjølt i magnetfelt. Når de kjøler seg ned under Curie-temperaturen (ca. 800 grader, avhengig av materialet), frigjør de metalliske partiklene i fjellet seg langs magnetiske felt og fryser i den posisjonen, og gir en restmagnetisering.
Denne magnetiseringen kan også måles fra verdensrommet. Studier fra kretsløpende satellitter viser at Månens magnetisering strekker seg langt utover regionene prøvet av Apollo-astronauter. All denne magnetiseringen betyr at månen må ha hatt et magnetfelt på et tidspunkt i sin tidlige historie.
De fleste magnetfeltene vi kjenner til i solsystemet, genereres av en dynamo. I utgangspunktet involverer dette konveksjon i en metallisk flytende kjerne, som effektivt beveger metallatomenes elektroner, og skaper en elektrisk strøm. Denne strømmen induserer da et magnetfelt. Selve konveksjonen antas å være drevet av avkjøling. Når den ytre kjernen avkjøles, synker de kaldere delene inn i det indre og lar de varmere innvendige seksjonene bevege seg utover mot det ytre.
Fordi månen er så liten, forventes en magnetisk dynamo som er drevet av konvektiv kjøling å ha stengt for en tid for rundt 4,2 milliarder år siden. Så, bevis på magnetisering etter denne tiden vil trenge enten 1) en annen energikilde enn avkjøling for å drive bevegelsen til en flytende kjerne, eller 2) en helt annen mekanisme for å lage magnetiske felt.
Laboratorieeksperimenter har antydet en slik alternativ metode. Store bassengdannende påvirkninger kan produsere magnetiske felt med kort levetid på månen, som ville bli registrert i de varme materialene som ble kastet ut under påvirkningshendelsen. Faktisk er noen observasjoner av magnetisering lokalisert på motsatt side av Månen (antipoden) fra store bassenger.
Så, hvordan kan du si om magnetisering i en bergart ble dannet av en kjernedynamo eller en påvirkningshendelse? Vel, påvirkningsinduserte magnetiske felt varer bare omtrent 1 dag. Hvis en stein avkjølte veldig sakte, ville den ikke registrere et så kortvarig magnetfelt, så enhver magnetisme den beholder må ha blitt produsert av en dynamo. Også bergarter som har vært involvert i påvirkninger viser bevis på sjokk i mineralene deres.
En måneprøve, nummer 76535, som viser bevis på langsom kjøling og ingen sjokkeffekter, har en tydelig restmagnetisering. Dette, sammen med prøvens alder, antyder at Månen hadde en flytende kjerne og et dynamo-generert magnetfelt for 4,2 milliarder år siden. En slik kjernedynamo stemmer overens med konvektiv kjøling. Men hva om det er yngre prøver?
Nye studier som nylig er publisert i Science av Erin Shea og hennes kolleger antyder at dette kan være tilfelle. Ms Shea, en doktorgradsstudent ved MIT, og teamet hennes studerte prøve 10020, en 3,7 milliarder år gammel hoppe basalt brakt tilbake av Apollo 11-astronautene. De demonstrerte at prøve 10020 ikke viser tegn på sjokk i mineralene. De estimerte at prøven tok mer enn 12 dager å avkjøle seg, noe som er mye tregere enn levetiden til et slagindusert magnetfelt. Og de fant ut at prøven er veldig sterkt magnetisert.
Fra studiene konkluderer fru Shea og hennes kolleger at månen hadde en sterk magnetisk dynamo, og derfor en bevegelig metallisk kjerne, for rundt 3,7 milliarder år siden. Dette er et godt stykke etter den tid en konvektiv kjøle-dynamo ville ha lagt ned. Det er imidlertid ikke klart om dynamoen var kontinuerlig aktiv siden for 4,2 milliarder år siden, eller om mekanismen som beveget den flytende kjernen var den samme på 4,2 og 3,8 milliarder år. Så, hvilke andre måter er det å holde en flytende kjerne i bevegelse?
Nyere studier fra et team av franske og belgiske forskere, ledet av Dr. Le Bars, antyder at store påvirkninger kan låse opp månen fra dens synkrone rotasjon med jorden. Dette vil skape tidevann i den flytende kjernen, omtrent som jordens hav. Disse kjernen tidevannet ville forårsake betydelige forvrengninger ved kjernen-mantel grensen, som kan drive storstilt strømmer i kjernen, og skape en dynamo.
I en annen nylig studie antydet Dr. Dwyer og kolleger at forgang av månens spinnakse kunne røre væskekjerne. Den tidlige månens nærhet til jorden ville fått Månens spinnakse til å vingle. Denne presesjonen vil forårsake forskjellige bevegelser i den flytende kjernen og den overliggende faste mantelen og gi en langvarig (lenger enn 1 milliard år) mekanisk omrøring av kjernen. Dr. Dwyer og teamet hans anslår at en slik dynamo naturlig ville stengt for rundt 2,7 milliarder år siden mens månen rykket bort fra jorden over tid, og reduserte dens gravitasjonspåvirkning.
Dessverre passer ikke magnetfeltet som studien av prøve 10020 antyder, noen av disse mulighetene. Begge disse modellene vil gi magnetiske felt som er for svake til å ha produsert den sterke magnetiseringen observert i prøve 10020. En annen metode for å mobilisere den flytende kjerne av Månen vil måtte bli funnet for å forklare disse nye funnene.
kilder:
En langlivet Lunar Core Dynamo. Shea et al. Vitenskap 27. januar 2012, 453-456. doi: 10,1126 / science.1215359.
En langvarig månedynamo drevet av kontinuerlig mekanisk omrøring. Le Bars et al. Naturen 479, november 2011, 212-214. doi: 10,1038 / nature10564.
Et slagdrevet dynamo for den tidlige månen. Dwyer et al. Naturen 479, november 2011, 215-218. doi: 10,1038 / nature10565.
