Een conventioneel kompas zou weinig nut hebben op de maan, die vandaag de dag geen mondiaal magnetisch veld heeft.

Maar de maan produceerde miljarden jaren geleden een magnetisch veld, en het was waarschijnlijk zelfs sterker dan het huidige aardveld. Wetenschappers geloven dat dit maanveld, zoals die van de aarde, werd opgewekt door een krachtige dynamo - het karnen van de kern van de maan. Op een gegeven moment, deze dynamo, en het magnetische veld dat het opwekte, uitgestorven.

Nu hebben wetenschappers van het MIT en elders de timing van het einde van de maandynamo vastgesteld, tot ongeveer 1 miljard jaar geleden. De bevindingen verschijnen vandaag in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

De nieuwe timing sluit enkele theorieën uit over wat de maandynamo in zijn latere stadia aandreef en geeft de voorkeur aan één bepaald mechanisme:kernkristallisatie. Terwijl de binnenste ijzeren kern van de maan kristalliseerde, de elektrisch geladen vloeistof van de vloeibare kern werd krachtig geroerd, het produceren van de dynamo.

"Het magnetische veld is dit vage ding dat de ruimte doordringt, als een onzichtbaar krachtveld, " zegt Benjamin Weiss, hoogleraar aarde, atmosferisch, en planetaire wetenschappen aan het MIT. "We hebben aangetoond dat de dynamo die het magnetische veld van de maan produceerde ergens tussen de 1,5 en 1 miljard jaar geleden stierf, en lijkt te zijn aangedreven op een aardachtige manier."

De co-auteurs van Weiss op het papier zijn co-lead auteurs Saied Mighani en Huapei Wang, evenals Caue Borlina en Claire Nichols van MIT, samen met David Shuster van de University of California in Berkeley.

Duel dynamo theorieën

De afgelopen jaren is Weiss' groep en anderen hebben tekenen van een sterk magnetisch veld ontdekt, van ongeveer 100 microtesla, in maangesteenten zo oud als 4 miljard jaar. Ter vergelijking, Het magnetisch veld van de aarde is tegenwoordig ongeveer 50 microtesla.

in 2017, De groep van Weiss bestudeerde een monster dat was verzameld van NASA's Apollo-project, en vond sporen van een veel zwakker magnetisch veld, onder 10 microtesla, in een maansteen bepaalden ze dat ze ongeveer 2,5 miljard jaar oud waren. Ze dachten destijds dat er misschien twee mechanismen voor de maandynamo in het spel waren:de eerste had een veel sterkere, eerder magnetisch veld ongeveer 4 miljard jaar geleden, alvorens te worden vervangen door een tweede, meer langlevend mechanisme dat een veel zwakker veld in stand hield, tot minstens 2,5 miljard jaar geleden.

"Er zijn verschillende ideeën over welke mechanismen de maandynamo aandrijven, en de vraag is, hoe kom je erachter wie het heeft gedaan?' zegt Weiss. 'Het blijkt dat al deze stroombronnen een verschillende levensduur hebben. Dus als je erachter zou kunnen komen wanneer de dynamo is uitgeschakeld, dan zou je onderscheid kunnen maken tussen de mechanismen die zijn voorgesteld voor de maandynamo. Dat was het doel van deze nieuwe krant."

De meeste magnetische studies van maanmonsters van de Apollo-missies zijn afkomstig van oude rotsen, daterend van ongeveer 3 miljard tot 4 miljard jaar oud. Dit zijn rotsen die oorspronkelijk als lava op een heel jong maanoppervlak werden uitgespuwd, en terwijl ze afkoelden, hun microscopisch kleine korrels waren uitgelijnd in de richting van het magnetische veld van de maan. Een groot deel van het maanoppervlak is bedekt met zulke rotsen, die sindsdien onveranderd zijn gebleven, het bewaren van een record van het oude magnetische veld.

Echter, maangesteenten waarvan de magnetische geschiedenis minder dan 3 miljard jaar geleden begon, waren veel moeilijker te vinden omdat het meeste maanvulkanisme tegen die tijd was opgehouden.

"De afgelopen 3 miljard jaar maangeschiedenis is een mysterie geweest omdat er bijna geen rockrecord van is, "zegt Wies.

"Kleine kompassen"

Hoe dan ook, hij en zijn collega's identificeerden twee monsters van maangesteente, verzameld door astronauten tijdens de Apollo-missies, die ongeveer 1 miljard jaar geleden een enorme impact lijken te hebben ondergaan en als gevolg daarvan werden gesmolten en weer aan elkaar gelast op zo'n manier dat hun oude magnetische record zo goed als gewist was.

Het team nam de monsters mee naar het laboratorium en analyseerde eerst de oriëntatie van de elektronen van elke steen. die Weiss beschrijft als "kleine kompassen" die ofwel in de richting van een bestaand magnetisch veld worden uitgelijnd of in willekeurige oriëntaties verschijnen bij afwezigheid van een. Voor beide monsters het team observeerde de laatste:willekeurige configuraties van elektronen, wat suggereert dat de rotsen gevormd in een extreem zwak tot in wezen nul magnetisch veld, van niet meer dan 0,1 microteslas.

Het team bepaalde vervolgens de leeftijd van beide monsters met behulp van een radiometrische dateringstechniek die Weiss en Shuster voor dit onderzoek konden aanpassen.

Het team onderwierp de monsters aan een reeks tests om te zien of het inderdaad goede magnetische recorders waren. Met andere woorden, zodra ze waren opgewarmd door een enorme impact, waren ze nog steeds gevoelig genoeg om zelfs maar een zwak magnetisch veld op de maan op te nemen, als het bestond?

Om dit te beantwoorden, de onderzoekers plaatsten beide monsters in een oven en bestraalden ze met hoge temperaturen om hun magnetische record effectief te wissen, vervolgens werden de rotsen blootgesteld aan een kunstmatig gegenereerd magnetisch veld in het laboratorium terwijl ze afkoelden.

De resultaten bevestigden dat de twee monsters inderdaad betrouwbare magnetische recorders waren en dat de veldsterkte die ze aanvankelijk hadden gemeten, van 0,1 microtesla, nauwkeurig de maximaal mogelijke waarde van het extreem zwakke magnetische veld van de maan 1 miljard jaar geleden weergaf. Weiss zegt dat een veld van 0,1 microteslas zo laag is dat het waarschijnlijk is dat de maandynamo tegen die tijd is afgelopen.

De nieuwe bevindingen komen overeen met de voorspelde levensduur van kernkristallisatie, een voorgesteld mechanisme voor de maandynamo dat in het latere deel van de geschiedenis van de maan een zwak en langlevend magnetisch veld zou kunnen hebben gegenereerd. Weiss zegt dat voorafgaand aan de kernkristallisatie, een mechanisme dat bekend staat als precessie heeft mogelijk een veel sterkere maar kortere dynamo aangedreven. Precessie is een fenomeen waarbij de vaste buitenste schil van een lichaam zoals de maan, in de nabijheid van een veel groter lichaam zoals de aarde, wiebelt als reactie op de zwaartekracht van de aarde. Dit wiebelen wekt de vloeistof in de kern op, de manier waarop een kopje koffie zwiept, roert de vloeistof binnenin.

Ongeveer 4 miljard jaar geleden, de jonge maan was waarschijnlijk veel dichter bij de aarde dan nu, en veel gevoeliger voor de zwaartekrachtseffecten van de planeet. Terwijl de maan zich langzaam van de aarde verwijderde, het effect van precessie nam af, waardoor de dynamo en het magnetische veld op hun beurt verzwakken. Weiss zegt dat het waarschijnlijk is dat ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, kernkristallisatie werd het dominante mechanisme waardoor de maandynamo voortduurde, het produceren van een zwakker magnetisch veld dat bleef verdwijnen toen de kern van de maan uiteindelijk volledig kristalliseerde.

De groep is op zoek naar het meten van de richting van het oude magnetische veld van de maan in de hoop meer informatie te verzamelen over de evolutie van de maan.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.