Magnetfelder auf dem Mond sind Überbleibsel eines früheren Kerndynamos

Der Mond hat – im Gegensatz zur Erde – kein inneres Magnet­feld. Jedenfalls gegen­wärtig nicht. Allerdings gibt es auf seiner Ober­fläche Regionen von bis zu mehreren Hundert Kilo­metern Größe, in denen ein starkes Magnetfeld herrscht. Das haben Messungen an Gesteins­brocken der Apollo-Missionen gezeigt. Seither rätseln Forscher über den Ursprung dieser magnetischen Flecken. Eine These: Sie sind Über­bleibsel eines Magnet­felds, das in der Vergangen­heit auch beim Mond durch einen inneren Kern induziert wurde. Möglicher­weise ähnlich, wie es bei der Erde heute noch der Fall ist, deren Kern aus geschmolzenem und festem Eisen besteht.

Eine andere Theorie über die lokalen Magnet­flecken des Mondes vermutet, dass sie die Folge von Magneti­sie­rungs­prozessen sind, die durch Einschläge massiver Körper auf die Mond­ober­fläche ausgelöst wurden. Doch ein Forscher­team aus den USA, Deutsch­land und Australien konnte jetzt zeigen, dass der Mond tatsäch­lich ein inneres Magnet­feld gehabt haben muss. Das schließen die Forscher aus komplexen Computer­simula­tionen, mit denen sie die zweite These wider­legen.

Die zweite These wurde unter anderem dadurch gestützt, dass große und starke Magnet­flecken auf der anderen Seite des Mondes, genau gegen­über großen Mond­kratern gefunden wurden. Ihre Entstehung wurde wie folgt vermutet: Weil der Mond – im Gegensatz zur Erde – keine Atmo­sphäre besitzt, die ihn vor Meteoriten und Asteroiden schützt, können solche massiven Körper mit voller Wucht auf ihn einschlagen und Material seiner Oberfläche pulveri­sieren und ionisieren. Eine so erzeugte Plasma-Wolke umströmt den Mond, komprimiert den im All gegen­wärtigen magnetischen Sonnenwind und verstärkt so dessen Magnetfeld. Gleich­zeitig induziert der Sonnenwind ein Magnetfeld im Mond selbst. An der dem Einschlag gegen­über­liegenden Oberfläche verstärken sich alle diese Felder und erzeugen im dortigen Krusten­gestein den beobachteten Magnetismus.

Am Beispiel einiger gut bekannter Mondkrater haben die Forscher jetzt sowohl den Aufprall samt Plasma-Entstehung, als auch die Ausbreitung des Plasmas um den Mond und den Verlauf des im Mond­inneren induzierten Feldes simuliert. Mit Software, die ursprüng­lich für die Weltraum­physik und Weltraum­wetter-Anwendungen entwickelt wurde, spielten sie ganz unter­schied­liche Aufprall­szenarien durch. Auf diese Weise konnten sie zeigen, dass die Verstärkung der Magnet­felder aufgrund von Kollisionen und ausge­stoßenem Material allein nicht ausreicht, um die großen Feldstärken zu erzeugen, wie sie ursprüng­lich auf dem Mond geschätzt und gemessen wurden: Das resul­tierende Magnet­feld ist tausend­mal schwächer als zur Erklärung der Beobachtungen erforderlich.

Das bedeutet im Umkehrschluss allerdings nicht, dass es diese Effekte nicht gibt. Sie sind nur vergleichs­weise schwach. Insbesondere ergaben die Simula­tionen, dass die Feld­ver­stärkung durch die Plasma-Wolke auf der Einschlags-Rückseite eher oberhalb der Kruste passiert und dass das Magnetfeld im Inneren des Mondes unter anderem aufgrund von Dissi­pa­tion durch Verwirbe­lungen in Mantel und Kruste entscheidend an Energie verliert.

„Wie genau die Magnet­flecken entstanden sind, muss also weiter erforscht werden. Aber jetzt ist klar, dass hierfür irgendwann einmal ein inneres Magnetfeld des Mondes vorhanden sein musste“, sagt Yuri Shprits von der Uni Potsdam und dem Deutschen Geo­forschungs­zentrum. „Darüber hinaus kann uns diese Studie helfen, die Natur des dynamo­erzeugten Magnet­felds besser zu verstehen und den Dynamo­prozess auf der Erde, den äußeren Planeten und Exoplaneten."

GFZ / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  R. Oran et al.: Was the moon magnetized by impact plasma?, Sci. Adv. 6, eabb1475 (2020); DOI: 10.1126/sciadv.abb1475
• Sektion Magnetosphärenphysik (Y. Shprits), Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches Geoforschungszentrum, Potsdam