Als het gaat om de studie van planeten, manen en sterren, zijn magnetische velden nogal belangrijk. Deze velden worden verondersteld het resultaat te zijn van convectie op een planeet en kunnen het verschil zijn tussen een planeet die leven geeft of een levenloze bal van steen wordt. Al geruime tijd weten wetenschappers dat er een magnetisch veld van de aarde is, dat wordt aangedreven door een dynamo-effect dat wordt gecreëerd door convectie in de vloeibare buitenste kern.
Wetenschappers hebben ook lang aangenomen dat de maan ooit een magnetisch veld had, dat ook werd aangedreven door convectie in de kern. Eerder werd aangenomen dat dit veld ongeveer 1 miljard jaar na de vorming van de maan (ongeveer 3 tot 3,5 miljard jaar geleden) verdween. Maar volgens een nieuwe studie van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) lijkt het er nu op dat het magnetische veld van de maan nog een miljard jaar bleef bestaan.
De studie, getiteld "Een geschiedenis van twee miljard jaar voor de maandynamo", verscheen onlangs in het tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgang. Onder leiding van Dr. Sonia Tikoo, een assistent-professor aan de Rutger Universiteit en een voormalig onderzoeker aan het MIT, analyseerde het team oude maanstenen verzameld door NASA's Apollo 15 missie. Wat ze ontdekten was dat de rots tekenen vertoonde van een wezen in een magnetisch veld toen het tussen 1 en 2,5 miljard jaar geleden werd gevormd.
De leeftijd van dit gesteentemonster betekent dat het aanzienlijk jonger is dan andere die zijn teruggekeerd door de Apollo-missies. Met behulp van een door hen ontwikkelde techniek onderzocht het team de glasachtige samenstelling van het monster met een magnometer om de magnetische eigenschappen ervan te bepalen. Vervolgens stelden ze het monster bloot aan een door een laboratorium gegenereerd magnetisch veld en andere omstandigheden die vergelijkbaar waren met die op de maan toen de rots zich zou hebben gevormd.
Dit werd gedaan door de rotsen in een speciaal ontworpen zuurstofarme oven te plaatsen, die werd gebouwd met de hulp van Clement Suavet en Timothy Grove - twee onderzoekers van MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) en co-auteurs op de studie. Het team stelde de rotsen vervolgens bloot aan een ijle, zuurstofvrije omgeving en verwarmde ze tot extreme temperaturen.
Zoals Benjamin Weiss - een professor in planetaire wetenschappen bij EAPS - uitlegde:
'Je ziet hoe gemagnetiseerd het wordt door verhitting in dat bekende magnetische veld, en dan vergelijk je dat veld met het natuurlijke magnetische veld dat je vooraf hebt gemeten, en daaruit kun je uitzoeken wat de oeroude veldsterkte was ... Op deze manier hebben we eindelijk hebben een nauwkeurige meting van het maanveld gekregen. ”
Hieruit bepaalden ze dat de maansteen gemagnetiseerd werd in een veld met een sterkte van ongeveer 5 microtesla. Dat is vele malen zwakker dan het aardmagnetische veld gemeten vanaf het oppervlak (25 - 65 microteslas), en twee grootteordes zwakker dan wat het 3 tot 4 miljard jaar geleden was. Deze bevindingen waren behoorlijk significant, omdat ze kunnen helpen om een blijvend mysterie over de maan op te lossen.
Eerder vermoedden wetenschappers dat het magnetische veld van de maan 1,5 miljard jaar na de vorming van de maan (ongeveer 3 miljard jaar geleden) uitstierf. Ze wisten echter niet zeker of dit proces snel verliep of dat het magnetische veld van de maan standhield, maar in een verzwakte toestand. De resultaten van deze studie geven aan dat het magnetische veld in feite nog een miljard jaar bleef hangen en ongeveer 2,5 miljard jaar geleden verdween.
Zoals Weiss aangaf, roept deze studie nieuwe vragen op over de geologische geschiedenis van de maan:
“Het concept van een planetair magnetisch veld dat wordt geproduceerd door bewegend vloeibaar metaal is een idee dat eigenlijk maar een paar decennia oud is. Wat deze beweging op aarde en andere lichamen, met name op de maan, aandrijft, is niet goed begrepen. We kunnen dit achterhalen door de levensduur van de maandynamo te kennen. '
Met andere woorden, deze nieuwe tijdlijn van de maan doet enige twijfel rijzen over de theorie dat alleen een maandynamo zijn magnetische veld in het verleden aandreef. In feite wordt het nu gezien als een duidelijke mogelijkheid dat het magnetische veld van de maan werd aangedreven door twee mechanismen. Terwijl men een dynamo in de kern toestond die het magnetische veld een miljard jaar na de vorming van de maan aandreef, hield een tweede het daarna aan de gang.
In het verleden hebben wetenschappers voorgesteld dat de dynamo van de maan werd aangedreven door de zwaartekracht van de aarde, wat zou leiden tot getijbuiging in het binnenste van de maan (net zoals de krachtige zwaartekracht van Jupiter en Saturnus de geologische activiteit in het interieur van hun manen aanstuurt). Bovendien draaide de maan ooit veel dichter bij de aarde, wat misschien genoeg was om het eens zo sterke magnetische veld van stroom te voorzien.
De maan bewoog zich echter geleidelijk van de aarde weg en bereikte uiteindelijk ongeveer 3 miljard jaar geleden haar huidige baan. Dit valt samen met de tijdlijn van het magnetische veld van de maan, dat rond dezelfde tijd begon te verdwijnen. Dit zou kunnen betekenen dat de kern ongeveer 3 miljard jaar geleden, zonder de zwaartekracht van de aarde, langzaam afkoelde. Een miljard jaar later was de kern gestold tot het punt dat hij het magnetische veld van de maan arresteerde. Zoals Weiss uitlegde:
"Terwijl de maan afkoelt, gedraagt de kern zich als een lavalamp - materiaal met een lage dichtheid stijgt omdat het heet is of omdat de samenstelling verschilt van die van de omringende vloeistof. Dat is hoe we denken dat de dynamo van de aarde werkt, en dat is wat we suggereren dat de late maandynamo het ook deed ... Vandaag is het maanveld in wezen nul. En we weten nu dat het ergens tussen de vorming van deze rots en vandaag is uitgeschakeld. '
Deze bevindingen werden mede mogelijk gemaakt door de beschikbaarheid van jongere maanstenen. In de toekomst zijn de onderzoekers van plan nog jongere monsters te analyseren om precies te bepalen waar de dynamo van de maan volledig is uitgestorven. Dit zal niet alleen dienen om de bevindingen van deze studie te valideren, maar kan ook leiden tot een uitgebreidere tijdlijn van de geologische geschiedenis van de maan.
De resultaten van deze en andere studies die trachten te begrijpen hoe de maan in de loop van de tijd is gevormd en veranderd, zullen ook een grote bijdrage leveren aan het verbeteren van ons begrip van hoe de aarde, het zonnestelsel en extrazonnestelsels zijn ontstaan.
