När det kommer till studiet av planeter, månar och stjärnor är magnetfält en stor sak. Tros vara resultatet av konvektion i en planet, kan dessa fält vara skillnaden mellan en planet som ger upphov till liv eller att bli en livlös stenkula. Under en tid har forskare vetat att det har ett jordmagnetfält, som drivs av en dynamoeffekt skapad av konvektion i dess flytande yttre kärna.
Forskare har också länge ansett att månen en gång hade ett magnetfält, som också drevs av konvektion i dess kärna. Tidigare trodde man att detta fält försvann ungefär 1 miljard år efter att månen bildades (ca. 3 till 3,5 miljarder år sedan). Men enligt a 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 två miljarder år lång historia för måndynamon ', dök nyligen upp i tidskriftenVetenskapens framsteg. Under ledning av Dr. Sonia Tikoo, en biträdande professor vid Rutgers universitet och en före detta forskare vid MIT, analyserade teamet gamla månstenar som samlats in av NASA:s Apollo 15 uppdrag. Vad de fann var att berget visade tecken på en varelse i magnetfält när den bildades för mellan 1 och 2,5 miljarder år sedan.
Konstnärens idé om en kollision mellan proto-jorden och Theia, som ledde till bildandet av månen, ca. 4,5 miljarder år sedan. Kredit: NASA
Åldern på detta stenprov betyder att det är betydligt yngre än andra som returnerats 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 exponerade sedan provet för ett labbgenererat 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 syrefattig ugn, som byggdes med hjälp av Clement Suavet och Timothy Grove – två forskare från MIT:s avdelning för Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) och medförfattare till studien. Teamet exponerade sedan stenarna för en svag, syrefri miljö och värmde upp dem till extrema temperaturer.
Som Benjamin Weiss – professor i planetvetenskap 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 du uppmätt i förväg, och utifrån det kan du ta reda på vad den uråldriga fältstyrkan var... På det här sättet har vi äntligen har fått en exakt mätning av månfältet.'
Av detta bestämde de att månstenen blev magnetiserad i ett fält med en styrka på cirka 5 mikrotesla. Det är många gånger svagare än jordens magnetfält mätt 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.
Månens utskärning, som visar dess differentierade inre. Kredit: NASA/SSERVI
Tidigare misstänkte forskare att månens magnetfält dog ut 1,5 miljarder år efter att månen bildades (ca. 3 miljarder år sedan). De var dock osäkra på om denna process skedde snabbt eller om månens magnetfält bestod, men i ett försvagat tillstånd. Resultaten av denna studie indikerar att magnetfältet faktiskt höll sig kvar i ytterligare en miljard år och försvann för cirka 2,5 miljarder år sedan.
Som Weiss indikerade väcker denna studie nya frågor om månens geologiska historia:
'Konceptet med ett planetariskt magnetfält som produceras av 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 välförstått. Vi kan ta reda på detta genom att veta måndynamans livslängd.'
Med andra ord, denna nya tidslinje för månen ställer vissa tvivel om teorin att en måndynamo ensam är det som drev dess magnetfält tidigare. I grund och botten ses det nu som en distinkt möjlighet att månens magnetfält drevs av två mekanismer. Medan man tillät en dynamo i kärnan som drev dess magnetfält i en dryg miljard år efter månens bildande, höll en andra den igång 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 Saturnus kraftfulla gravitation driver geologisk aktivitet i månarnas inre). Dessutom kretsade månen en gång mycket närmare jorden, vilket kan ha varit tillräckligt för att driva dess en gång starkare magnetfält.
Konstnärens intryck av ett föremål i storleken Mars som kraschar in i jorden och startar processen som så småningom skapade vår måne. Kredit: Joe Tucciarone
Månen flyttade sig dock 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 försvinna ungefär samtidigt. Detta kan betyda att för cirka 3 miljarder år sedan, utan jordens gravitationskraft, svalnade kärnan långsamt. En miljard år senare hade kärnan stelnat till den grad att den stoppade Månens magnetfält. Som Weiss förklarade:
'När månen svalnar, fungerar dess kärna som en lavalampa - lågdensitetssaker stiger för att det är varmt 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 måndynamon också gjorde... Idag är månens fält i princip noll. Och vi vet nu att det stängdes av någonstans mellan bildningen av denna sten och idag.'
Dessa fynd möjliggjordes delvis tack vare tillgången på yngre månstenar. I framtiden planerar forskarna att analysera ännu yngre prover för att exakt bestämma var månens dynamo dog helt ut. Detta kommer inte bara att tjäna till att validera resultaten av 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 förändrades över tiden kommer också att gå långt för att förbättra vår förståelse för hur jorden, solsystemet och extrasolsystem kom till.
Vidare läsning: Vetenskapens framsteg , MIT Nyheter