Sinds het Apollo-tijdperk weten wetenschappers dat de maan in het verleden een soort magnetisch veld had, maar nu niet meer. Nieuwe studies van Apollo-maanmonsters beantwoorden een aantal van deze vragen, maar ze creëren ook veel meer vragen die beantwoord moeten worden.
De maanmonsters die door de Apollo-missies zijn geretourneerd, vertonen tekenen van magnetisatie. Rotsen worden gemagnetiseerd wanneer ze worden verwarmd en vervolgens afgekoeld in een magnetisch veld. Terwijl ze afkoelen tot onder de Curietemperatuur (ongeveer 800 ° C, afhankelijk van het materiaal), komen de metaaldeeltjes in de rots op een lijn langs magnetische omgevingsvelden en bevriezen in die positie, waardoor een overblijvende magnetisatie ontstaat.
Deze magnetisatie is ook vanuit de ruimte te meten. Studies van satellieten in een baan laten zien dat de magnetisatie van de maan zich uitstrekt tot ver buiten de regio's die zijn onderzocht door Apollo-astronauten. Al deze magnetisatie betekent dat de maan ergens in zijn vroege geschiedenis een magnetisch veld moet hebben gehad.
De meeste magnetische velden die we in het zonnestelsel kennen, worden opgewekt door een dynamo. In feite gaat het om convectie in een metalen vloeibare kern, die de elektronen van de metaalatomen effectief beweegt, waardoor een elektrische stroom ontstaat. Deze stroom wekt dan een magnetisch veld op. De convectie zelf wordt aangedreven door koeling. Terwijl de buitenste kern afkoelt, zinken de koudere delen naar binnen en laten de warmere binnenste delen naar buiten toe naar buiten toe bewegen.
Omdat de maan zo klein is, wordt verwacht dat een magnetische dynamo die wordt aangedreven door convectiekoeling ongeveer 4,2 miljard jaar geleden is uitgeschakeld. Dus bewijs van magnetisatie na deze tijd zou ofwel 1) een andere energiebron dan koeling nodig hebben om de beweging van een vloeibare kern aan te sturen, of 2) een heel ander mechanisme voor het creëren van magnetische velden.
Laboratoriumexperimenten hebben een dergelijke alternatieve methode voorgesteld. Grote bekkenvormende inslagen zouden kortstondige magnetische velden op de maan kunnen veroorzaken, die zouden worden geregistreerd in de hete materialen die tijdens de inslag worden uitgestoten. Sommige observaties van magnetisatie bevinden zich zelfs aan de andere kant van de maan (de antipode) van grote bekkens.
Dus, hoe kun je zien of magnetisatie in een rots werd gevormd door een kerndynamo of een impactgebeurtenis? Welnu, door impact veroorzaakte magnetische velden duren slechts ongeveer 1 dag. Als een gesteente heel langzaam afkoelt, zou het zo'n kortstondig magnetisch veld niet opnemen, dus elk magnetisme dat het vasthoudt, moet zijn geproduceerd door een dynamo. Ook vertonen gesteenten die bij inslagen betrokken waren, tekenen van schokken in hun mineralen.
Een maanmonster, nummer 76535, dat tekenen vertoont van langzame afkoeling en geen schokeffecten, heeft een duidelijke restmagnetisatie. Dit suggereert, samen met de leeftijd van het monster, dat de maan 4,2 miljard jaar geleden een vloeibare kern en een door een dynamo gegenereerd magnetisch veld had. Zo'n kerndynamo komt overeen met convectiekoeling. Maar wat als er jongere monsters zijn?
Nieuwe studies die onlangs zijn gepubliceerd in Science door Erin Shea en haar collega's suggereren dat dit het geval kan zijn. Mevrouw Shea, een afgestudeerde student aan het MIT, en haar team bestudeerden monster 10020, een 3,7 miljard jaar oud basalt van een merrie teruggebracht door de Apollo 11-astronauten. Ze toonden aan dat monster 10020 geen tekenen van shock in zijn mineralen vertoonde. Ze schatten dat het monster meer dan 12 dagen nodig had om af te koelen, wat veel langzamer is dan de levensduur van een door impact veroorzaakt magnetisch veld. En ze ontdekten dat het monster zeer sterk gemagnetiseerd is.
Uit hun studies concluderen mevrouw Shea en haar collega's dat de maan ongeveer 3,7 miljard jaar geleden een sterke magnetische dynamo en dus een bewegende metalen kern had. Dit is ruim na de tijd dat een convectieve koeldynamo zou zijn uitgeschakeld. Het is echter niet duidelijk of de dynamo sinds 4,2 miljard jaar geleden continu actief was, of dat het mechanisme dat de vloeibare kern verplaatste hetzelfde was op 4,2 en 3,8 miljard jaar. Dus, welke andere manieren zijn er om een vloeibare kern in beweging te houden?
Recente studies door een team van Franse en Belgische wetenschappers, geleid door Dr. Le Bars, suggereren dat grote inslagen de maan kunnen ontsluiten voor haar synchrone rotatie met de aarde. Dit zou getijden in de vloeibare kern veroorzaken, net zoals de oceanen van de aarde. Deze kerngetijden zouden aanzienlijke vervormingen veroorzaken aan de kern-mantelgrens, wat grootschalige stromen in de kern zou kunnen aansturen, waardoor een dynamo zou ontstaan.
In een ander recent onderzoek suggereerden Dr. Dwyer en collega's dat precessie van de maanspinas de vloeibare kern zou kunnen roeren. De nabijheid van de vroege maan tot de aarde zou de draaias van de maan doen wiebelen. Deze precessie zou verschillende bewegingen veroorzaken in de vloeibare kern en de overliggende massieve mantel, waardoor een langdurig (langer dan 1 miljard jaar) mechanisch roeren van de kern zou ontstaan. Dr. Dwyer en zijn team schatten dat zo'n dynamo ongeveer 2,7 miljard jaar geleden van nature zou worden uitgeschakeld toen de maan in de loop van de tijd van de aarde weg zou gaan, waardoor de zwaartekracht zou verminderen.
Helaas past het door de studie van monster 10020 voorgestelde magnetische veld niet in een van deze mogelijkheden. Beide modellen zouden magnetische velden leveren die te zwak zijn om de sterke magnetisatie te veroorzaken die in monster 10020 is waargenomen. Een andere methode om de vloeibare kern van de maan te mobiliseren zal moeten worden gevonden om deze nieuwe bevindingen te verklaren.
Bronnen:
Een langlevende Lunar Core Dynamo. Shea, et al. Science 27, januari 2012, 453-456. doi: 10.1126 / science.1215359.
Een langlevende maandynamo aangedreven door continu mechanisch roeren. Le Bars et al. Nature 479, november 2011, 212-214. doi: 10.1038 / nature10564.
Een door impact aangedreven dynamo voor de vroege maan. Dwyer et al. Nature 479, november 2011, 215-218. doi: 10.1038 / nature10565.
