Mars und Mond den magnetischen Puls fühlen
Das Rätsel zu lösen, wie Planeten entstanden sind und sich im Lauf der Zeit entwickelt haben, stellt ein komplexes Forschungsvorhaben dar. Der Schlüssel zum Verborgenen liegt im Verständnis der planetaren Magnetfelder, die tief im Inneren eines Planetenkerns in der Folge eines als Dynamo bekannten Prozesses erzeugt werden. Die Erforschung dieser Dynamofelder schafft wertvolle Einblicke in die Struktur, die Zusammensetzung und den thermischen Zustand des tiefen Inneren eines Planeten und lässt einen Einblick in seine geologische Geschichte zu. Auf dem Mars und dem Mond, die im Mittelpunkt des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts PETRA stehen, gibt es derzeit kein Dynamofeld. Ihre Krusten bzw. oberen Gesteinsschichten sind jedoch magnetisiert, was darauf hindeutet, dass auch sie einst ein Dynamofeld umgab. „Das Magnetfeld der Erdkruste – ein sekundäres Feld, das durch magnetisierte Gesteine entsteht, – bildet zusammen mit paläomagnetischen Messungen aus Laborexperimenten an Gesteinsproben den Kern der PETRA-Forschung“, erklärt Projektkoordinatorin Foteini Vervelidou. „Mithilfe dieser Untersuchung sollten im Rahmen von PETRA die Eigenschaften der Dynamos auf dem Mars und dem Mond eingegrenzt werden.“
Dynamofeld des Mars im Forschungsfokus
Die Forscherin führte paläomagnetische Tests an neun Steinpaaren vom NWA 7034 durch, einem Marsmeteoriten aus 4,4 Milliarden Jahre alten Zirkonkristallen. „Bedauerlicherweise ergaben unsere Daten, dass diese Proben starken Handmagneten ausgesetzt waren, einer gängigen Methode zur Erkennung von Meteoriten, wodurch aber ihre magnetische Geschichte gelöscht wurde“, betont Vervelidou. „Wir haben umfassend dazu geforscht, um zu veranschaulichen, wie Handmagnete wichtige, alte magnetische Aufzeichnungen zerstören. Dazu nutzten wir numerische Modellierung und gesteuerte Ummagnetisierungsexperimente.“ Dem Team gelang es, Proben von neun verschiedenen gepaarten Steinen zu gewinnen und zu vermessen, wobei ein Protokoll entwickelt wurde, um festzustellen, ob eine Probe ummagnetisiert wurde. Bei zukünftigen Studien sollen auf diese Weise Fehlinterpretationen künstlicher magnetischer Aufzeichnungen vermieden werden. „Ungeachtet der Auslöschung der primären magnetischen Aufzeichnung des Marsmeteoriten ist es dennoch wichtig, zu untersuchen, ob in den Zirkonen eine magnetische Aufzeichnung ab dem Zeitpunkt ihrer Kristallisation konserviert sein könnte“, erklärt Vervelidou. „Wir haben eine Studie mit einem Magnetmikroskop begonnen, das durch außergewöhnliche Empfindlichkeit gekennzeichnet ist. Diese Forschungsarbeit wird zur Analyse von Proben beitragen, die vom Mars 2020-Rover Perseverance gesammelt wurden. Dazu wird die Fähigkeit des Mikroskops genutzt, Magnetfelder mit einer räumlichen Auflösung von 300 μm kartieren zu können.“
Dynamofeld des Mondes im Forschungsfokus
Die Forscherin führte auch paläomagnetische und magnetische Gesteinsuntersuchungen an Mondproben der Apollo 16- und 17-Missionen durch. Diese bis zu zwei Milliarden Jahre alten Proben lieferten überzeugende Beweise für den Magnetismus des Mondes. „Die 3,7 Jahrmilliarden alten Mare-Basalte von Apollo 17 wurden durch ein einheitliches Magnetfeld von etwa 40 μT magnetisiert. Zudem wies eine Unterprobe zwei unterschiedliche magnetische Signaturen auf, was auf den lunaren Ursprung der magnetischen Aufzeichnungen dieser Gesteine hinweist. Insgesamt stützen diese Ergebnisse die Hypothese, dass der Mond einst ein starkes Dynamofeld besaß“, erläutert Vervelidou. Die Studie ergab außerdem, dass das Magnetfeld des Mondes im Verlauf der Zeit erheblich abnahm, und zwar auf etwa 5 μT vor 3,4 Jahrmilliarden und möglicherweise auf Null vor 1,7 Jahrmilliarden. In Anbetracht früherer Forschungsarbeiten, die zur der Schätzung gelangten, dass das Magnetfeld des Mondes bis vor ungefähr 1,5 Jahrmilliarden andauerte, sprechen diese Ergebnisse für ein intermittierend auftretenden Monddynamo oder einen Dynamo, dessen Intensität zeitlich schwankte. „Unsere Arbeit mit Apollo 17-Mare-Basalten sollte mögliche schnelle Schwankungen in der Intensität des Mondmagnetfeldes aufzeigen, aber unsere Ergebnisse liefern keinen solchen Beweis", erklärt Vervelidou. „Bei der Arbeit mit den Regolith-Brekzien von Apollo 16 folgten wir einem anderen Laborprotokoll, bei dem die Gesteine in einer kontrollierten Atmosphäre erhitzt wurden. Unsere Studienergebnisse lieferten die erste absolute Messung der Intensität des lunaren Dynamofeldes vor 3,4 Jahrmilliarden.“ „Die innerhalb von PETRA angewandten vielseitigen Methoden können auf jeden terrestrischen Körper angewendet werden, wobei sich wertvolle Einblicke in die Entstehung und Entwicklung von Planeten bieten. Indem wir die Synergie zwischen von Raumfahrzeugen ausgeführten Messungen und Laborstudien optimieren, können wir die Möglichkeiten der laufenden und kommenden ESA-geführten Missionen voll ausschöpfen. Zu diesem Ziel hat die Arbeit von PETRA beigetragen“, schließt Vervelidou. Zu guter Letzt ist unbedingt der Comic mit dem Titel „The METEORITE who was TOO MAGNETIC“ (Der METEORIT, der ZU MAGNETISCH war) zu erwähnen, der die geologische Geschichte der Planeten erzählt und im Rahmen von PETRA erschaffen wurde.
Schlüsselbegriffe
PETRA, Mars, Magnetfeld, Dynamofeld, Mond, paläomagnetisch, Apollo
