Gekoppelte Magnetfelder

Die Erde und der Mond teilten einst ein Magnetfeld – der Magnetschirm des Mondes schützte die junge Erde vor Sonnenstürmen

Mondschutzschirm: Das Magnetfeld des Mondes schützte einst die junge Erde vor den heftigen Ausbrüchen der jungen Sonne. Denn nach einem neuen Modell waren die Magnetfelder der Erde und des Mondes bis vor etwa 3,5 Milliarden Jahren miteinander verbunden. Diese Verbindung hätte einen entscheidenden Beitrag zum Schutz der Erde vor dem Verlust ihrer Atmosphäre leisten können, berichten Forscher in der Zeitschrift “Science Advances”.

Das Magnetfeld unseres Planeten ist das wichtigste Schutzschirm. Es schützt die Erde vor kosmischen Strahlen und die energiereichen Partikelströme vor Sonnenstürmen. Die treibende Kraft hinter diesem unsichtbaren Magnetschirm ist die elektromagnetische Wechselwirkung von flüssigem und festem Eisen im Kern der Erde – der Geodynamo. Auf der anderen Seite könnte die junge Erde, die immer noch vollständig im Inneren leuchtet Konvektionsströme erzeugte das Magnetfeld im Kern.

In seinen frühen Tagen hatte der Mond ein der Erde ähnliches bipolares Magnetfeld. © NASA

Was ist mit dem Mond?

Aber wie geht es unserem Nachbarn, dem Mond? Heute ist der Innenraum zu kalt und zu fest, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Daher ist die Mondoberfläche weitgehend ungeschützt vor kosmischen Strahlen. Aber wie sah das Sonnensystem am Anfang aus, als der Mond noch warm war? katastrophale Entstehung sich an sich benehmen? Planetenforscher glaubten lange Zeit, dass der Eisenkern des Mondes schon damals zu klein war, um als magnetischer Dynamo zu fungieren.

Analysen von Mondgesteinen aus den Apollo-Missionen haben dies widerlegt: Sie zeigen, dass der Erdsatellit kurz nach seiner Entstehung ein Magnetfeld hatte. “Vor 4,2 bis 3,4 Milliarden Jahren war das Magnetfeld des Mondes mindestens genauso stark, wenn nicht sogar stärker als das heutige Erdmagnetfeld, wenn man die Stärke an der Oberfläche berücksichtigt.” erklärt James Green von der NASA. Das heißt aber, weil der Mond damals viel näher war als heute, könnte das Magnetfeld auch unseren Planeten beeinflusst haben.

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Gekoppelte Magnetfelder

Green und sein Team untersuchten anhand geophysikalischer Modellsimulationen, ob dies der Fall ist. Dazu haben sie vor etwa vier Milliarden Jahren die Positionen und Magnetfelder der Erde und des Mondes rekonstruiert. Zu dieser Zeit waren die beiden Himmelsobjekte nur etwa 18 Erdstrahlen voneinander entfernt – heute sind es 60. Die Forscher untersuchten, ob und wie die Magnetfelder von Mond und Erde in unterschiedlichen Orbitalpositionen interagieren.

Das überraschende Ergebnis: Bis vor etwa 3,5 Milliarden Jahren waren die Magnetfelder der Erde und des Mondes miteinander verbunden. Insbesondere in den mittleren und höheren Breiten gab es Verbindungen zwischen den Feldlinien, die ein überlappendes Magnetfeld erzeugten. “Unsere Ergebnisse legen nahe, dass diese Ära der gekoppelten Magnetosphären Hunderte von Millionen Jahren gedauert hat”, berichten Green und sein Team.

Doppelter Schutz gegen die junge Sonne

Diese Paarung könnte ein entscheidender Vorteil für die junge Erde gewesen sein. Denn das Magnetfeld des Mondes bot zusätzlichen Schutz vor den heftigen Ausbrüchen der noch jungen Sonne. “Der Mond bot der Erde eine erhebliche Schutzbarriere vor dem Sonnenwind und hätte eine entscheidende Rolle dabei spielen können, dass die junge Erde zu diesem Zeitpunkt ihre Atmosphäre beibehielt”, erklärt Green. Ohne die Atmosphäre hätte sich das Leben auf der Erde wahrscheinlich nie entwickelt.

Konkret hatten die gekoppelten Magnetfelder eine doppelte Schutzwirkung: Sie reduzierten die Größe der Zonen im Bereich der Erdpole, in denen der Sonnenwind das Magnetgitter durchdringen kann. Wenn sich der Mond auf der Sonnenseite der Erde befand, schützte er ihn auch fast vollständig vor dem Sonnenwind. “Die Magnetosphäre des Mondes erhielt die volle Kraft des Sonnenwinds und bot einen wirksamen Schutzschild für die Erdatmosphäre – selbst bei starken Sonnenausbrüchen”, schreiben die Forscher.

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Zukünftige Mondastronauten könnten den Beweis liefern

Diese gemeinsame magnetische Vergangenheit von Erde und Mond endete erst, als der Mond abkühlte und das Magnetfeld immer schwächer wurde. Nach Berechnungen von Green und seinem Team war das Mondfeld vor etwa 3,2 Milliarden Jahren so geschwächt, dass es nicht mehr miteinander verbunden war. Gleichzeitig driftete der Mond immer weiter nach außen und damit außer Reichweite. Vor 1,5 Milliarden verlor der Satellit die letzten Überreste des Magnetfeldes.

Das Aufregende: In nur wenigen Jahren könnten Mondastronauten auf dem Mond nach Beweisen für dieses Szenario suchen – und es möglicherweise finden. Weil unter den USA. Mission Artemis Eis- und Gesteinsproben müssen am Südpol des Mondes gesammelt werden. Wenn es wirklich gekoppelte Magnetfelder gäbe, könnten in diesen Proben Spuren von Gasen gefunden werden, die sich zu diesem Zeitpunkt entlang der gekoppelten Feldlinien von der Erde zum Mond ausbreiten.

“Proben aus den permanent schattierten Polarregionen des Mondes könnten einen entscheidenden Beitrag zur Überprüfung der Annahme unseres Modells leisten”, sagt Green. (Science Advances, 2020; doi: 10.1126 / sciadv.abc0865)

Was: NASA

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