Der Mond, unser natürlicher Satellit, hat Wissenschaftler schon immer mit seinen ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften fasziniert. Obwohl er heute kein eigenes signifikantes Magnetfeld wie die Erde mehr besitzt, wurden in einigen Bereichen seiner Oberfläche, insbesondere auf der erdabgewandten Seite, starke magnetische Anomalien im Gestein festgestellt. Das Rätsel, warum das so ist, besteht seit Jahrzehnten, und kürzlich haben Wissenschaftler des MIT eine überzeugende Erklärung geliefert, die dieses mysteriöse Phänomen aufklären könnte.

Der Magnetismus des Mondes - wohin ist er verschwunden?

Moderne Untersuchungen des Mondes, von Proben, die während der Apollo-Missionen der NASA in den 60er und 70er Jahren zur Erde gebracht wurden, bis hin zu präzisen Messungen aus Mondumlaufbahnen, haben gezeigt, dass es auf der Oberfläche Spuren eines alten Magnetfeldes gibt. Der Mond besitzt heute jedoch kein globales Magnetfeld wie die Erde. Das traditionelle Modell des Planetenmagnetismus erklärt die Entstehung eines Magnetfeldes durch den sogenannten Dynamo – einen Prozess im flüssigen Metallkern, der ein Magnetfeld erzeugt. Da der Eisenkern des Mondes viel kleiner und kühler ist, vermuteten Wissenschaftler, dass der Dynamo möglicherweise nie in der Lage war, ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen, um die Intensität der in den Mondgesteinen gefundenen magnetischen Spuren zu erklären, insbesondere auf der erdabgewandten Seite des Mondes.

Eine neue Hypothese: Synergie von Dynamo und Einschlag

Angesichts neuer Erkenntnisse schlagen Wissenschaftler am MIT ein komplexeres Bild vor, das eine Kombination aus einem bestehenden, wenn auch schwachen, dynamischen Magnetfeld und dem Einfluss einer großen Kollision mit dem Mond einschließt. Laut ihrer Forschung, die gerade in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, könnte ein gewaltiger Einschlag eines riesigen Asteroiden das schwache Mondmagnetfeld für einen kurzen Moment erheblich verstärkt haben, wodurch ein vorübergehender, aber ausreichend intensiver magnetischer Impuls entstand, der dann von bestimmten Gesteinen auf der erdabgewandten Seite des Mondes aufgezeichnet wurde.

Wie verstärkt ein Einschlag den Magnetismus?

Wenn ein Asteroid von enormer Größe auf die Mondoberfläche aufschlägt, verdampft die Energie des Einschlags riesige Mengen an Material und erzeugt eine Wolke aus ionisierten Teilchen – ein Plasma. Den Simulationen des MIT-Teams zufolge verschwindet diese Plasmawolke nicht sofort, sondern breitet sich um den Mond aus und konzentriert sich auf der dem Einschlagsort gegenüberliegenden Seite. Auf dieser gegenüberliegenden Seite führt die Wechselwirkung des Plasmas mit dem bestehenden schwachen Magnetfeld zu dessen vorübergehender Verstärkung.

Dieser Prozess, obwohl sehr schnell – er dauert nur etwa 40 Minuten – ist lang genug, damit bestimmte Gesteine in diesem Bereich die Änderung des Magnetfeldes aufzeichnen können. Neben dem verstärkten magnetischen Impuls sendet der große Einschlag auch starke seismische Wellen durch das Innere des Mondes, die auf der gegenüberliegenden Seite die Gesteine „durchschütteln“, wodurch sich die Elektronen in den Mineralien entsprechend dem neuen Magnetfeld neu ausrichten. Dieses Phänomen ähnelt dem Werfen von Karten in die Luft und ihrem Herunterfallen, wobei sich die Ausrichtung des „Kompasses“ auf den Karten genau in dem Moment ändert, in dem die Karten wieder auf dem Boden landen.

Die Schlüsselrolle des großen Imbrium-Becken-Einschlags

Besonders interessant ist, dass sich das Gebiet mit starkem Magnetismus auf der erdabgewandten Seite des Mondes genau gegenüber dem großen Imbrium-Einschlagbecken auf der erdzugewandten Seite befindet, einem der größten durch einen Einschlag entstandenen Krater in der Geschichte des Mondes. Genau der Einschlag, der das Imbrium-Becken formte, hat wahrscheinlich die erwähnte Plasmawolke ausgelöst, die, während sie um den Mond wanderte, das Magnetfeld auf der erdabgewandten Seite verstärkte und eine magnetische Spur in den Gesteinen hinterließ.

Bisherige Theorien und neue Simulationen

Frühere Theorien legten nahe, dass das solare Magnetfeld, das in der Entfernung des Mondes von der Sonne extrem schwach ist, nicht stark genug war, um die auf seiner Oberfläche gefundenen starken magnetischen Anomalien zu erklären. Simulationen aus dem Jahr 2020 schlossen die Möglichkeit aus, dass ein Einschlag allein, ohne das Vorhandensein eines Dynamos, das Magnetfeld signifikant verstärken könnte.

In der neuen Studie gingen die Forscher von der Annahme aus, dass der Mond einst einen Dynamo besaß, der ein schwächeres Magnetfeld erzeugte – etwa 50-mal schwächer als das heutige Magnetfeld der Erde. Von dort aus simulierten sie mit Computermodellen einen großen Einschlag, der Plasma und die Wechselwirkung des Plasmas mit dem Magnetfeld erzeugte. Die Ergebnisse zeigten, wie sich das Plasma auf der dem Einschlag gegenüberliegenden Seite sammelt und das Magnetfeld verstärkt, was mit den Beobachtungen von magnetischen Anomalien auf der erdabgewandten Seite des Mondes übereinstimmt.

Forschungsmethodik

Die Simulationen wurden unter Verwendung der fortschrittlichen Computerressourcen des MIT SuperCloud-Systems durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Einschlagsimulationen mit Hilfe der Expertin Katarina Miljković entwickelt, während die Modelle des Plasmaflusses und der Wechselwirkung mit dem Magnetismus in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Michigan und Cambridge entstanden sind. Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglichte eine tiefgehende Analyse der komplexen Prozesse, die während und nach dem Einschlag auftraten.

Bedeutung der Forschung für zukünftige Missionen

Diese neue Theorie ist überprüfbar und liefert konkrete Richtlinien für zukünftige Missionen zum Mond, insbesondere für solche, die Forschungen auf der erdabgewandten Seite und um den Südpol planen. Das Artemis-Programm der NASA sowie andere geplante Missionen könnten Gesteinsproben aus diesen Gebieten entnehmen, um die Hypothese einer Synergie zwischen dem Dynamo und Einschlagsereignissen bei der Entstehung von magnetischen Anomalien auf dem Mond weiter zu bestätigen oder zu widerlegen.

Weiterer Kontext - was verrät uns der Magnetismus des Mondes?

Das Verständnis der Entstehung und der Eigenschaften des Magnetfeldes des Mondes ist nicht nur für die Geologie und die Planetenwissenschaften wichtig, sondern auch für den breiteren Kontext der Weltraumforschung. Magnetfelder spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz von Planeten vor solarer und kosmischer Strahlung und bei der Gestaltung der Bedingungen für die Entstehung von Leben. Ebenso kann das Wissen über den Magnetismus des Mondes helfen, ähnliche Phänomene auf anderen Himmelskörpern im Sonnensystem zu interpretieren.

Da der Mond heute keinen aktiven Dynamo mehr besitzt, kann sein im Gestein aufgezeichnetes magnetisches Erbe als eine Art „fossiler Abdruck“ seiner geophysikalischen und kosmischen Ereignisse betrachtet werden, einschließlich der großen Einschläge, die seine Oberfläche und sein Inneres geformt haben.

Die Rolle der internationalen wissenschaftlichen Zusammenarbeit

Die Forschung ist das Ergebnis der Zusammenarbeit vieler Wissenschaftler und Institutionen auf der ganzen Welt – vom MIT und der Universität Michigan bis hin zu Cambridge und der Curtin University in Australien. Diese multidisziplinäre Kooperation zeigt, wie die moderne Planetenwissenschaft eine Kombination aus Computermodellen, Laboranalysen und Weltraummissionen nutzt, um die komplexen Prozesse in unserem Sonnensystem aufzuklären.

Was erwartet uns als Nächstes?

Während viele Unbekannte über den Magnetismus des Mondes nun klarer sind, betonen die Wissenschaftler, dass dies erst der Anfang einer neuen Ära der Forschung ist. In den kommenden Jahren werden neue Missionen und präzisere Messungen zu einem noch detaillierteren Verständnis nicht nur des Mondes, sondern auch anderer Himmelskörper beitragen. Bald könnten wir die Gelegenheit haben, Gesteine aus den Gebieten auf der erdabgewandten Seite des Mondes, die von diesen neuen Erkenntnissen betroffen sind, direkt zu analysieren, wodurch viele Fragen geklärt und die Tür zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen geöffnet werden.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology