Mondschild: 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 Kopplung hätte einen entscheidenden Beitrag zum Schutz der Erde vor dem Verlust ihrer Atmosphäre leisten können, wie Forscher in der Zeitschrift “Science Advances” berichteten.

Das Magnetfeld unseres Planeten ist das wichtigste Schutzschirm. Es schützt die Erde vor kosmischen Strahlen und energiereichen Teilchenströmen von Sonnenstürmen. Der Motor dieses unsichtbaren Magnetschirms ist die elektromagnetische Wechselwirkung von flüssigem und festem Eisen im Herzen der Erde – Geodynamo. Auf der anderen Seite könnte die junge Erde, die immer noch vollständig im Inneren scheint Konvektionsströme erzeugte das Magnetfeld im Kern.

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

Und der Mond?

Aber was ist mit unserem Nachbarn, dem Mond? Heute ist das Innere zu kalt und zu fest, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Deshalb ist die Mondoberfläche weitgehend ungeschützt vor kosmischen Strahlen. Aber wie das Sonnensystem in den frühen Tagen aussah, als der Mond noch die Hitze davon war katastrophale Entstehung an sich getragen? Planetenforscher glaubten lange Zeit, dass der Eisenkern des Mondes noch zu klein sei, um als magnetischer Dynamo zu wirken.

Analysen von Mondgesteinen aus den Apollo-Missionen widerlegten dies: Sie zeigen, dass der Satellit der Erde kurz nach seiner Entstehung ein Magnetfeld hatte. “Vor 4,2 bis 3,4 Milliarden Jahren war das Mondmagnetfeld heute mindestens genauso stark oder sogar stärker als das Erdmagnetfeld, wenn man die Kraft auf der Oberfläche betrachtet”, erklärt er James Green von der NASA. Aber es bedeutet: Weil der Mond damals viel näher war als heute, könnte sein 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 Himmelskörper nur durch etwa 18 Erdstrahlen getrennt – heute sind es 60. Die Forscher untersuchten, ob und wie die Mond- und Erdmagnetfelder 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 mittleren und oberen Breiten gab es Verbindungen zwischen den Feldlinien, die ein überlappendes Magnetfeld erzeugten. “Unsere Ergebnisse legen nahe, dass diese Ära der gekoppelten Magnetosphären mehrere hundert Millionen Jahre dauerte”, berichten Green und sein Team.

Doppelter Schutz gegen junge Sonne

Diese Kopplung hätte für das junge Land einen entscheidenden Vorteil haben können. Denn das Magnetfeld des Mondes bot ihm zusätzlichen Schutz vor den heftigen Ausbrüchen der noch jungen Sonne. “Der Mond war eine wichtige Schutzbarriere gegen den Sonnenwind für die Erde und hätte daher eine entscheidende Rolle bei der Beibehaltung der damaligen Atmosphäre der jungen Erde spielen können”, sagt Green. Ohne die Atmosphäre hätte sich das Leben auf der Erde wahrscheinlich nie entwickelt.

Insbesondere die gekoppelten Magnetfelder hatten eine doppelte Schutzwirkung: Sie reduzierten die Größe der Bereiche im Bereich der Erdpole, in die der Sonnenwind durch das Magnetgitter eindringen kann. Wenn sich der Mond auf der Sonnenseite der Erde befand, schützte er ihn auch fast vollständig vor dem Sonnenwind. “Die Mondmagnetosphäre erhielt die volle Kraft des Sonnenwinds und bildete so einen wirksamen Schutzschild für die Erdatmosphäre – auch bei starken Sonneneruptionen”, schreiben die Forscher.

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Zukünftige Mondastronauten könnten es beweisen

Diese gemeinsame magnetische Vergangenheit der Erde und des Mondes endete erst, als der Mond abkühlte und sein Magnetfeld immer schwächer wurde. Nach Berechnungen von Green und seinem Team war das Mondfeld vor rund 3,2 Milliarden Jahren bereits so geschwächt, dass es nicht mehr miteinander verbunden war. Gleichzeitig driftete der Mond immer weiter nach außen und bewegte sich daher auch außerhalb der Reichweite. Vor 1,5 Milliarden Dollar verlor der Satellit die letzten Spuren des Magnetfeldes.

Was aufregend ist: In nur wenigen Jahren könnten Mondastronauten nach Beweisen für dieses Szenario auf dem Mond suchen – und es möglicherweise finden. Weil unter den Vereinigten Staaten Artemis Mission Eis- und Gesteinsproben sollen am Mond-Südpol gesammelt werden. Wenn es wirklich gekoppelte Magnetfelder gäbe, könnten in diesen Proben Gasspuren gefunden werden, die bis dahin entlang der verbundenen Feldlinien von der Erde zum Mond diffundierten.

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

Was: NASA