Ända sedan Apollo-eran har forskare vetat att månen hade ett slags magnetfält tidigare, men inte har ett sådant nu. Nya studier av Apollo-månprov svarar på några av dessa frågor, men de skapar också många fler frågor som ska besvaras.
Månproven som återlämnats av Apollo-uppdragen visar bevis på magnetisering. Stenar magnetiseras när de värms upp och kyls sedan i ett magnetfält. När de svalnar under Curie-temperaturen (cirka 800 grader, beroende på material), metalliska partiklarna i berget rinner upp längs omgivande magnetfält och fryser i det läget, vilket ger en restmagnetisering.
Denna magnetisering kan också mätas från rymden. Studier från kretsloppssatelliter visar att månens magnetisering sträcker sig långt bortom de regioner som samlas in av Apollo-astronauter. All denna magnetisering innebär att månen måste ha haft ett magnetfält någon gång i sin tidiga historia.
De flesta magnetfält vi känner till i solsystemet genereras av en dynamo. I grund och botten innebär detta konvektion i en metallisk vätskekärna, som effektivt flyttar metallatomernas elektroner och skapar en elektrisk ström. Denna ström inducerar sedan ett magnetfält. Konvektionen i sig anses drivas av kylning. När den yttre kärnan svalnar sjunker de kallare delarna inuti och låter de varmare inre delarna röra sig utåt mot utsidan.
Eftersom månen är så liten förväntas en magnetisk dynamo som drivs av konvektiv kylning ha stängts för någon tid för cirka 4,2 miljarder år sedan. Så bevis på magnetisering efter denna tid skulle behöva antingen 1) en annan energikälla än kylning för att driva rörelsen hos en vätskekärna, eller 2) en helt annan mekanism för att skapa magnetfält.
Laboratorieexperiment har föreslagit en sådan alternativ metod. Stora bassängbildande stötar kan producera magnetfält med kort livslängd på månen, vilket skulle registreras i de heta materialen som kastades ut under slaghändelsen. Faktum är att några observationer av magnetisering är belägna på motsatt sida av månen (antipoden) från stora bassänger.
Så, hur kan du veta om magnetisering i en sten bildades av en kärndynamo eller en slaghändelse? Stötinducerade magnetfält varar bara ungefär en dag. Om en sten kyldes mycket långsamt skulle den inte spela in ett så kortlivat magnetfält, så all magnetism som den behåller måste ha producerats av en dynamo. Stenar som har varit inblandade i påverkningar visar också på chock i deras mineraler.
Ett månprov, nummer 76535, som visar bevis på långsam kylning och inga chockeffekter, har en tydlig restmagnetisering. Detta, tillsammans med provets ålder, antyder att månen hade en flytande kärna och ett dynamo-genererat magnetfält för 4,2 miljarder år sedan. En sådan kärndynamo överensstämmer med konvektiv kylning. Men vad händer om det finns yngre prover?
Nya studier som nyligen publicerats i Science av Erin Shea och hennes kollegor antyder att detta kan vara fallet. Ms Shea, en doktorand vid MIT, och hennes team studerade prov 10020, en 3,7 miljarder år gammal stobasalt som fördes tillbaka av Apollo 11-astronauterna. De demonstrerade att prov 10020 inte visar några bevis på chock i dess mineraler. De uppskattade att provet tog mer än 12 dagar att svalna, vilket är mycket långsammare än livslängden för ett slaginducerat magnetfält. Och de fann att provet är mycket starkt magnetiserat.
Från sina studier drar Shea och hennes kollegor slutsatsen att månen hade en stark magnetisk dynamo, och därför en rörlig metallkärna, för cirka 3,7 miljarder år sedan. Detta är väl efter den tid då en konvektiv kylningsdynamo skulle ha stängts av. Det är emellertid inte klart om dynamo var kontinuerligt aktiv sedan 4,2 miljarder år sedan, eller om mekanismen som rörde den flytande kärnan var densamma vid 4,2 och 3,8 miljarder år. Så, vilka andra sätt finns det att hålla en flytande kärna i rörelse?
Nyligen genomförda studier av ett team av franska och belgiska forskare, ledda av Dr. Le Bars, antyder att stora effekter kan låsa upp månen från dess synkrona rotation med jorden. Detta skulle skapa tidvatten i den flytande kärnan, precis som jordens hav. Dessa kärnvatten skulle orsaka betydande snedvridningar vid kärnmantelgränsen, vilket skulle kunna driva stora flöden i kärnan och skapa en dynamo.
I en annan nyligen genomförd studie föreslog doktor Dwyer och kollegor att förekomsten av månens rotationsaxel kan rör vätskekärnan. Den tidiga månens närhet till jorden skulle ha fått månens spinaxel att vingla. Denna precession skulle orsaka olika rörelser i vätskekärnan och överliggande fast mantel, vilket skulle ge en långvarig (längre än 1 miljard år) mekanisk omrörning av kärnan. Dr. Dwyer och hans team uppskattar att en sådan dynamo naturligtvis skulle stänga för cirka 2,7 miljarder år sedan när månen flyttade bort från jorden över tid och minskade dess gravitationspåverkan.
Tyvärr passar inte det magnetiska fältet som studien av provet 10020 antyder någon av dessa möjligheter. Båda dessa modeller skulle tillhandahålla magnetfält som är för svaga för att ha producerat den starka magnetiseringen som observerats i provet 10020. En annan metod för att mobilisera den flytande kärnan i månen kommer att behövas för att förklara dessa nya fynd.
källor:
En långlivad Lunar Core Dynamo. Shea et al. Vetenskap 27, januari 2012, 453-456. doi: 10,1126 / science.1215359.
En långlivad måndynamo drivs av kontinuerlig mekanisk omrörning. Le Bars et al. Natur 479, november 2011, 212-214. doi: 10,1038 / nature10564.
En slagdriven dynamo för den tidiga månen. Dwyer et al. Natur 479, november 2011, 215-218. doi: 10,1038 / nature10565.
