Måneprøver løser mysteriet om månernes formodede magnetiske skjold

I 2024, en ny tidsalder for rumudforskning vil begynde, når NASA sender astronauter til månen som en del af deres Artemis-mission, en opfølgning på Apollo-missionerne i 1960'erne og 1970'erne.

Nogle af de største spørgsmål, som videnskabsmænd håber at udforske, inkluderer at bestemme, hvilke ressourcer der findes i månens jord, og hvordan disse ressourcer kan bruges til at opretholde liv.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , forskere ved University of Rochester, lede et team af kolleger på syv andre institutioner, rapportere deres resultater om en væsentlig faktor, der påvirker de typer af ressourcer, der kan findes på månen:hvorvidt månen har haft et langlivet magnetisk skjold på noget tidspunkt i sin 4,53 milliarder år lange historie.

Tilstedeværelsen eller fraværet af et skjold betyder noget, fordi magnetiske skjolde beskytter astronomiske legemer mod skadelig solstråling. Og holdets resultater modsiger nogle langvarige antagelser.

"Dette er et nyt paradigme for månens magnetfelt, " siger første forfatter John Tarduno, William R. Kenan, Jr., Professor i geofysik ved Institut for Jord- og Miljøvidenskab og dekan for forskning for kunst, Sciences &Engineering hos Rochester.

Har månen nogensinde haft et magnetisk skjold?

Årevis, Tarduno har været førende inden for paleomagnetisme, studerer udviklingen af ​​Jordens magnetiske skjold som et middel til at forstå planetarisk udvikling og miljøændringer.

Jordens magnetiske skjold stammer dybt inde i planetens kerne. der, hvirvlende flydende jern genererer elektriske strømme, at drive et fænomen kaldet geodynamo, som producerer skjoldet. Det magnetiske skjold er usynligt, men forskere har længe erkendt, at den er livsvigtig for livet på Jordens overflade, fordi den beskytter vores planet mod solvinden – strålingsstrømme fra solen.

Men har Jordens måne nogensinde haft et magnetisk skjold?

Mens månen ikke har noget magnetisk skjold nu, der har været debat om, hvorvidt månen kan have haft et forlænget magnetisk skjold på et tidspunkt i sin historie.

"Siden Apollo-missionerne, der har været denne idé om, at månen havde et magnetfelt, der var lige så stærkt eller endda stærkere end Jordens magnetfelt for omkring 3,7 milliarder år siden, " siger Tarduno.

Troen på, at månen havde et magnetisk skjold, var baseret på et indledende datasæt fra 1970'erne, der omfattede analyser af prøver indsamlet under Apollo-missionerne. Analyserne viste, at prøverne havde magnetisering, som forskerne mente var forårsaget af tilstedeværelsen af ​​en geodynamo.

Men et par faktorer har siden givet forskerne pause.

"Månens kerne er virkelig lille, og det ville være svært faktisk at drive den slags magnetfelt, " forklarer Tarduno. "Plus, de tidligere målinger, der registrerer et højt magnetfelt, blev ikke udført ved hjælp af opvarmningseksperimenter. De brugte andre teknikker, som muligvis ikke optager magnetfeltet nøjagtigt."

Når måneprøver møder lasere

Tarduno og hans kolleger testede glasprøver indsamlet på tidligere Apollo-missioner, men brugte CO ₂ lasere til at opvarme måneprøverne i kort tid, en metode, der tillod dem at undgå at ændre prøverne. De brugte derefter meget følsomme superledende magnetometre til mere nøjagtigt at måle prøvernes magnetiske signaler.

"Et af problemerne med måneprøver har været, at de magnetiske bærere i dem er ret modtagelige for ændringer, " siger Tarduno. "Ved at opvarme med en laser, der er ingen tegn på ændringer i vores målinger, så vi kan undgå de problemer, folk kan have haft tidligere."

Forskerne fastslog, at magnetiseringen i prøverne kunne være resultatet af nedslag fra genstande som meteoritter eller kometer - ikke resultatet af magnetisering fra tilstedeværelsen af ​​et magnetisk skjold. Andre prøver, de analyserede, havde potentialet til at vise stærk magnetisering i nærvær af et magnetfelt, men viste ingen magnetisering, yderligere indikerer, at månen aldrig har haft et forlænget magnetisk skjold.

"Hvis der havde været et magnetfelt på månen, prøverne vi undersøgte skulle alle have opnået magnetisering, men det har de ikke, " siger Tarduno. "Det er ret afgørende, at månen ikke havde et langvarigt dynamofelt."

Mangel på magnetisk skjold betyder en overflod af elementer

Uden beskyttelse af et magnetisk skjold, månen var modtagelig for solvind, hvilket kan have forårsaget en række flygtige stoffer - kemiske grundstoffer og forbindelser, der let kan fordampes - til at blive implanteret i månens jord. Disse flygtige stoffer kan omfatte kulstof, brint, vand, og helium 3, en isotop af helium, der ikke er til stede i overflod på Jorden.

"Vores data indikerer, at vi bør se på den høje ende af estimater af helium 3, fordi en mangel på magnetisk skjold betyder, at mere solvind når månens overflade, resulterer i meget dybere reservoirer af helium 3, end folk troede tidligere, " siger Tarduno.

Forskningen kan hjælpe med at informere en ny bølge af måneeksperimenter baseret på data, der vil blive indsamlet af Artemis-missionen. Data fra prøver indsamlet under missionen vil give videnskabsmænd og ingeniører mulighed for at studere tilstedeværelsen af ​​flygtige stoffer og bedre afgøre, om disse materialer kan udvindes til menneskelig brug. Helium 3, for eksempel, bruges i øjeblikket i medicinsk billedbehandling og kryogenik og er en mulig fremtidig brændstofkilde.

En mangel på magnetisk afskærmning betyder også, at ældgammel månejord kan holde registreringer af tidligere solvindemissioner. At analysere kerner af jordprøver kunne derfor give forskerne en bedre forståelse af solens udvikling.

"Med baggrunden fra vores forskning, videnskabsmænd kan mere korrekt tænke over det næste sæt måneeksperimenter, der skal udføres, " siger Tarduno. "Disse eksperimenter kan fokusere på nuværende måneressourcer, og hvordan vi kunne bruge dem og også på den historiske optegnelse over, hvad der er fanget i månens jord."