Magmahavet kan være ansvarligt for månens tidlige magnetfelt

For omkring fire milliarder år siden, Månen havde et magnetfelt, der var omtrent lige så stærkt, som Jordens magnetfelt er i dag. Hvordan månen, med en meget mindre kerne end Jordens, kunne have haft et så stærkt magnetfelt har været et uløst problem i Månens udviklingshistorie.

Videnskabsmand Aaron Scheinberg fra Princeton, med Krista Soderlund fra University of Texas Institute for Geophysics, og Linda Elkins-Tanton fra Arizona State University, satte sig for at bestemme, hvad der kan have drevet dette tidlige månemagnetfelt. Deres resultater og en ny model for, hvordan dette kan være sket, er for nylig blevet offentliggjort i Earth and Planetary Science Letters .

En ny model

Jordens magnetfelt beskytter vores planet ved at aflede det meste af solvinden, hvis ladede partikler ellers ville fjerne ozonlaget, der beskytter Jorden mod skadelig ultraviolet stråling.

Mens Jordens magnetfelt genereres af bevægelserne af dens konvektionerende flydende metal ydre kerne, kendt som dynamoen, Månens kerne er for lille til at have produceret et magnetfelt af den størrelsesorden.

Så, forskerholdet foreslog en ny model for, hvordan magnetfeltet kunne have nået jordlignende niveauer. I dette scenarie, dynamoen drives ikke af Månens lille metalkerne, men ved et tungt lag af smeltet (flydende) sten, der sidder ovenpå.

I denne foreslåede model, det nederste lag af Månens kappe smelter og danner et metalrigt "basalt magmahav", der sidder på toppen af ​​Månens metalkerne. Konvektion i dette lag driver derefter dynamoen, skabe et magnetfelt.

"Ideen om en basal magma ocean dynamo var blevet foreslået til den tidlige Jords magnetfelt, og vi indså, at denne mekanisme også kan være vigtig for Månen, siger medforfatter Söderlund.

Soderlund forklarer yderligere, at et delvist smeltet lag menes stadig at eksistere ved bunden af ​​månekappen i dag. "Et stærkt magnetfelt er lettere at opnå ved Månens overflade, hvis dynamoen opererede i kappen i stedet for i kernen, " hun siger, "fordi magnetfeltstyrken falder hurtigt, jo længere væk den er fra dynamoområdet."

I simuleringer af Månens kernedynamo udført af holdet, de blev ved med at opdage, at det nederste lag af Månens kappe overophedede og smeltede. I første omgang, de forsøgte at fokusere på sager uden at smelte, som var nemmere at modellere, men mente til sidst, at smelteprocessen var nøglen til deres nye model.

"Da vi først begyndte at tænke på den smeltning som en funktion, i stedet for en fejl, " siger Scheinberg, "stykkerne begyndte at passe sammen, og vi spekulerede på, om smeltningen, som vi så i modellerne, kunne producere et metalrigt magmahav til at drive det stærke tidlige felt."

Et senere svagt magnetfelt

Længere fremme i Månens udvikling (omkring 3,56 milliarder år siden), der er også bevis for, at det stærke magnetfelt, der eksisterede omkring Månen, til sidst blev et svagt magnetfelt, en, der fortsatte indtil relativt for nylig. Holdets nye model kan også hjælpe med at forklare dette fænomen.

"Vores model giver en elegant potentiel løsning, " siger Scheinberg. "Da Månen afkølede, magmahavet ville være størknet, mens kernedynamoen ville have fortsat med at skabe det senere svage felt."

"Vi er begejstrede for dette resultat, fordi det forklarer grundlæggende observationer om Månen - dens tidlige, stærkt magnetfelt og dets efterfølgende svækkelse og derefter forsvinden - ved hjælp af førsteordens processer, der allerede er understøttet af andre observationer, " tilføjer medforfatter Elkins-Tanton.

Udover at give en ny model at bygge ud fra, denne forskning kan også give en bedre forståelse af planetarisk magnetfeltgenerering andre steder i vores solsystem og videre.

"Basal magma ocean dynamoer, som den i vores model, kan meget vel have været en almindelig begivenhed på klippeplaneter som Jorden og Mars, siger Scheinberg.