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Erdmond: Ein langlebiges Mondmagnetfeld

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Der Erdmond gilt als ein geologisch seit langem toter Himmelskörper, was ihm auch die Bezeichnung "Museumswelt" eingebracht hat, da er sich nur noch durch äußere Einflüsse geringfügig verändert. Aber in seiner Jugend war der Mond sehr aktiv. In dieser frühen Phase erzeugte sein kleiner Kern aus geschmolzenem Eisen und Nickel ein Magnetfeld ähnlich jenem der Erde, das den ganzen Himmelskörper umgab. Bislang waren die Planetenforscher davon ausgegangen, dass der Kern vor rund 4,2 Milliarden Jahren durch Abkühlung erstarrte, wodurch das lunare Magnetfeld zusammenbrach und verschwand. Nun fand eine Forschergruppe um Erin K. Shea vom Massachusetts Institute of Technology in einer Mondgesteinsprobe Belege dafür, dass der Mond noch vor 3,7 Milliarden Jahren ein eigenes Magnetfeld besaß.

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Mondgestein unter dem Mikroskop | Im polarisierten Licht erscheinen die Minerale einer Mondgesteinsprobe von Apollo 11 im Lichtmikroskop sehr bunt. Das Bild entstand im Durchlicht, das heißt, ein kleines Gesteinsbruchstück wurde so lange geschliffen und poliert bis es transparent wurde. Die großen rundlichen Körner sind Kristalle des Silkatminerals Olivin, die länglichen grauen Kristalle sind Feldspäte der Plagioklas-Familie, typische Minerale eines vulkanischen Basalts. Der gute Zustand der Kristalle belegt, dass sich diese Mondgesteinsprobe nach ihrer Erstarrung vor 3,7 Milliarden Jahren nicht mehr verändert hat.
Offenbar war der Metallkern des Mondes wesentlich länger ausreichend heiß, um flüssig zu bleiben. So konnte durch Konvektionsströmungen im flüssigen Metall ein Magnetfeld entstehen. In einem konvektiven System steigen gegenüber dem Durchschnitt heißere und damit weniger dichte Partien einer Flüssigkeit auf, während kühlere und damit dichtere Partien absinken. Dadurch kommen Stoffkreisläufe in Gang, die Wärme aus dem Inneren nach Außen transportieren. Eine lang anhaltende Konvektion steht jedoch im Widerspruch mit den gängigen Theorien der Mondentstehung und -entwicklung. Sie gehen davon aus, dass das Innere des Erdtrabanten durch Wärmeverlust an den umgebenden Weltraum schon früh erkaltete und somit auch bald keine Konvektionsströmungen mehr möglich waren. Nun müssen die Planetenforscher nach neuen Wärmequellen suchen, die den Mond über einen so langen Zeitraum ausreichend warm halten konnten.

Das neue Resultat gewannen die Wissenschaftler um Shea aus einer Mondgesteinsprobe, die von den Astronauten der ersten Mondlandung Apollo 11 im Juli 1969 im Mare Tranquillitatis aufgesammelt wurde. Es ist ein Basalt, ein vulkanisches Ergussgestein, dass vor mehreren Milliarden Jahren als Lava an die Oberfläche gelangte. Die Forscher konnten sein Erstarrungsalter mit 3,7 Milliarden Jahren bestimmen, das Gestein entstand also rund 800 Millionen Jahre nach der Bildung von Erde und Mond vor 4,5 Milliarden Jahren.

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Mondgestein im Labor | Ein Teil der Mondgesteinsprobe 10020, die von den beiden Astronauten der Mission Apollo 11 im Juli 1969 auf dem Erdtrabanten aufgesammelt wurde. Das Gestein ist ein vulkanischer Basalt, der seinen irdischen Gegenstücken sehr ähnelt. Der Würfel am linken Bildrand ist einen Zentimeter groß.
Bei der Untersuchung dieser Gesteinsprobe stellten die Forscher fest, dass eisenhaltige Minerale ein fossiles Magnetfeld konservierten. Es wurde beim Erstarren des Basalts sozusagen eingefroren und entstand durch die Einwirkung eines lunaren Magnetfelds. Da sich aufgrund der mineralogischen Untersuchungen Störeffekte wie eine Stoßwellen-Metamorphose durch einen großen Meteoriteneinschlag ausschließen lassen, bleibt nur ein globales Magnetfeld als Quelle dieser Magnetisierung übrig. Die Forscher geben seine Mindestfeldstärke mit rund zwölf Mikrotesla an (Zum Vergleich: das heutige Erdmagnetfeld hat in unseren Breiten eine Feldstärke um rund 50 Mikrotesla). Damit war das lunare Magnetfeld in seinen besten Zeiten durchaus mit dem irdischen vergleichbar.

Obwohl die untersuchte Mondgesteinsprobe schon vor rund 43 Jahren auf dem Erdtrabanten eingesammelt wurde, lassen sich aus der Analyse mit fortgeschrittenen Messverfahren noch immer interessante neue Erkenntnisse über den Erdtrabanten gewinnen. Bislang wurde nur etwa ein Drittel der von den Apollo-Astronauten eingesammelten rund 400 Kilogramm Mondgestein eingehend studiert, der Rest ist kommenden Forschergenerationen vorbehalten. Nachschub vom Mond ist in der nächsten Zeit mangels Raumflügen leider nicht zu erwarten.

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  • Quellen
Shea, E.K. et al., In: Science 335, S. 453 – 456, 2012 10.1126/science.1215359

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