När det gäller studiet av planeter, månar och stjärnor, är magnetfält typ av en stor sak. Trots att de är resultatet av konvektion i en planet, kan dessa fält vara skillnaden mellan en planet som ger upphov till liv eller att bli en livlös klippkula. Under en tid har forskare vetat att det har ett jordens magnetfält, som drivs av en dynamoeffekt skapad av konvektion i dess flytande, yttre kärna.
Forskare har också länge hävdat att månen en gång hade ett magnetfält, som också drivs av konvektion i sin kärna. Tidigare troddes det att detta fält försvann ungefär 1 miljard år efter att månen bildades (cirka 3 till 3,5 miljarder år sedan). Men enligt en ny studie från Massachusetts Institute of Technology (MIT) verkar det nu som att månens magnetfält fortsatte att existera i ytterligare en miljard år.
Studien, med titeln "En historia på två miljarder år för månens dynamo", dykte nyligen upp i tidskriften Vetenskapliga framsteg. Leds av Dr. Sonia Tikoo, biträdande professor vid Rutgers universitet och en tidigare forskare vid MIT, analyserade teamet gamla månklippor som samlats in av NASA: s Apollo 15 uppdrag. Vad de fann var att berget visade tecken på ett väsen i magnetfält när det bildades mellan 1 och 2,5 miljarder år sedan.
Åldern för detta stenprov innebär att det är betydligt yngre än andra som returneras av Apollo-uppdragen. Med hjälp av en teknik som de utvecklade undersökte teamet provets glasartade sammansättning med en magnometer för att bestämma dess magnetiska egenskaper. De utsatte sedan provet för ett laboratorie-genererat magnetfält och andra förhållanden som liknade de som fanns på månen när berget skulle ha bildats.
Detta gjordes genom att placera stenarna i en specialdesignad syreberövad ugn, som byggdes med hjälp av Clement Suavet och Timothy Grove - två forskare från MIT: s avdelning för jord-, atmosfär- och planetariska vetenskaper (EAPS) och medförfattare om studien. Teamet utsatte sedan klipporna för en trög, syrefri miljö och värmde dem till extrema temperaturer.
Som Benjamin Weiss - en professor i planetariska vetenskaper vid EAPS - förklarade:
"Du ser hur magnetiserat det blir av att värmas upp i det kända magnetfältet, sedan jämför du det fältet med det naturliga magnetfältet som du mätt i förväg, och utifrån det kan du ta reda på vad den forntida fältstyrkan var ... På det här sättet slutligen har fått en noggrann mätning av månfältet. ”
Från detta bestämde de att månrocken magnetiserades i ett fält med en styrka av cirka 5 mikrotesla. Det är många gånger svagare än jordens magnetfält när det mäts från ytan (25 - 65 mikroteslas) och två storleksordningar svagare än vad det var för 3 till 4 miljarder år sedan. Dessa fynd var ganska betydande, eftersom de kan hjälpa till att lösa ett bestående mysterium om månen.
Tidigare misstänkte forskare att Månens magnetfält dödade 1,5 miljarder år efter att månen bildades (cirka 3 miljarder år sedan). De var emellertid osäkra på om denna process skedde snabbt, eller om Månens magnetfält varade, men i ett försvagat tillstånd. Resultaten av denna studie tyder på att magnetfältet faktiskt höll sig kvar i ytterligare en miljard år, och försvann för cirka 2,5 miljarder år sedan.
Som Weiss antydde väcker denna studie nya frågor om Månens geologiska historia:
”Konceptet med ett planetärt magnetfält som produceras av rörlig flytande metall är en idé som egentligen bara är några decennier gammal. Vad som driver denna rörelse på jorden och andra kroppar, särskilt på månen, är inte väl förstått. Vi kan räkna ut detta genom att veta måndynamos livstid. ”
Med andra ord, denna nya tidslinje för månen ställer viss tvekan om teorin om att en måndynamo ensam är det som drivit sitt magnetfält tidigare. I princip ses det nu som en tydlig möjlighet att Månens magnetfält drivs av två mekanismer. Medan man tillät en dynamo i kärnan som drivde sitt magnetfält under bra miljarder år efter månens bildning, en andra fortsatte att fortsätta efteråt.
Tidigare har forskare föreslagit att Månens dynamo drevs av jordens gravitationskraft, vilket skulle ha orsakat tidvattenböjning i Månens inre (ungefär på samma sätt som Jupiter och Saturns kraftfulla tyngdkraft driver geologisk aktivitet i deras månens inre). Dessutom kretsade månen en gång mycket närmare jorden, vilket kan ha varit tillräckligt för att driva det en gång starkare magnetfältet.
Men månen flyttade sig gradvis bort från jorden och nådde så småningom sin nuvarande bana för cirka 3 miljarder år sedan. Detta sammanfaller med tidslinjen för Månens magnetfält, som började spridas ungefär samtidigt. Detta kan betyda att för cirka 3 miljarder år sedan, utan jordens tyngdkraft, kyldes kärnan långsamt. En miljard år senare hade kärnan stelnat till den punkt att den arresterade månens magnetfält. Som Weiss förklarade:
”När månen svalnar fungerar dess kärna som en lavalampa - saker med låg täthet stiger för att den är het eller för att dess sammansättning skiljer sig från den omgivande vätskan. Det är så vi tror att jordens dynamo fungerar, och det är vad vi föreslår att den sena måndynamomen gjorde också ... Idag är månens fält i huvudsak noll. Och vi vet nu att det stängdes någonstans mellan bildandet av denna sten och idag. ”
Dessa fynd möjliggjordes delvis tack vare tillgången till yngre månklippor. I framtiden planerar forskarna att analysera ännu yngre prover för att exakt bestämma var Månens dynamo dö ut helt. Detta tjänar inte bara till att validera resultaten från denna studie, utan kan också leda till en mer omfattande tidslinje för Månens geologiska historia.
Resultaten av dessa och andra studier som försöker förstå hur månen bildades och förändrats över tid kommer också att gå långt i riktning mot att förbättra vår förståelse för hur Jorden, solsystemet och extra-solsystem kom till.
