LONDON (IT BOLTWISE) – Forschende der ETH Zürich und Partner analysieren Schwere- und Magnetfelddaten aus der Mondumlaufbahn. Im Bereich der Dewar-Region auf der Mondrückseite finden sie Hinweise auf ein intern erzeugtes Magnetfeld vor etwa 4,2 Milliarden Jahren. Das Team kombiniert magnetische Anomalien mit Dichteinformationen, um einen rund 60 Kilometer breiten, bis zu neun Kilometer tiefen Magmakörper als Ursprung zu deuten. Damit rückt nicht nur die Frage nach einem frühen Dynamo in den Hintergrund, sondern vor allem die Mechanik dahinter.
Der Mond wirkt am Nachthimmel still, doch im Untergrund erzählt er eine bewegte Geschichte. Während die Erde heute von einem globalen Magnetfeld geschützt wird, das der Geodynamo in ihrem flüssigen Eisenkern speist, ist beim Mond seit langem unklar, ob er irgendwann ebenfalls einen ähnlich lang anhaltenden Motor für Magnetismus besaß. Die Debatte dreht sich dabei weniger um die Existenz einzelner Messsignale, sondern um deren Ursprung: Könnten Einschläge das magnetisierte Gestein erklären – oder gibt es Hinweise auf einen Dynamo, der im Inneren des Mondes über längere Zeit aktiv war?
Genau diese Differenzierung versuchen Forschende aus der ETH Zürich gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen des DLR-Instituts für Weltraumforschung sowie der TU Berlin über einen neuen Datenzugang zu stärken. Statt Gesteinsproben, wie sie bei Apollo zur Erde kamen, stützen sie sich auf Messreihen aus der Umlaufbahn. Für Schwerkraftdaten nutzen sie die NASA-Mission GRAIL, für Magnetfeldmodelle greifen sie auf Informationen zurück, die unter anderem aus den Missionen Lunar Prospector und Kaguya gewonnen wurden. Zentral ist dabei eine spezielle Region namens Dewar auf der Mondrückseite, die von der Erde aus nie sichtbar ist – und die durch eine ungewöhnliche Kombination auffällt.
Die Dewar-Region ist gewissermaßen ein „Glücksfall“, weil sich dort zwei Anomalien räumlich überlagern: eine besonders starke Magnetfeldanomalie und zugleich eine deutliche Schwerefeldanomalie. Genau diese Kopplung liefert den Ansatzpunkt, um aus Umlaufbahndaten mehr als nur Signalstärke herauszulesen. Wenn Gestein im Untergrund stärker magnetisiert ist und gleichzeitig eine höhere Dichte aufweist, lässt sich daraus eine konkrete geologische Struktur ableiten – nicht nur eine abstrakte Messabweichung. In der gemeinsamen Modellierung aus magnetischen und gravitativen Daten entsteht so ein Bild des Untergrunds: Unter der Mondoberfläche liegt ein rund 60 Kilometer breiter Körper aus Gestein, der bis etwa neun Kilometer Tiefe reicht.
Die Interpretation geht dabei über die reine Geophysik hinaus. Die Forschenden ordnen den massiven, zugleich stark magnetisierten Körper einem erstarrten Magmaprozess zu: einem begrabenen Vulkankomplex. Das Alter dieser Struktur – etwa 4,2 Milliarden Jahre – leiten sie aus Ablagerungen von Einschlagmaterial ab, die die Oberfläche im Laufe der Zeit überprägt haben. Besonders aufschlussreich ist außerdem, dass die Region nicht einfach als „Zeugenlager“ für vergangene Magnetisierung verstanden wird, sondern als Indiz dafür, wie das Magnetfeld entstanden sein könnte. Anhand der bekannten Eisenverfügbarkeit in einem solchen Gesteinsvolumen kann das Team abschätzen, wie stark das Feld beim langsamen Abkühlen des Magmas mindestens gewesen sein muss; daraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass das Mondmagnetfeld damals sehr wahrscheinlich stärker als zehn Mikrotesla war.
Damit rückt die Dynamo-These gegenüber einer alternativen Erklärung in den Vordergrund, nach der die Magnetisierung auch durch Einschläge von massereichen Meteoriten oder Asteroiden ausgelöst worden sein könnte. Die Dewar-Region liegt zudem außerhalb der Gebiete, die nach dem Szenario für eine „Einschlag-Ursache“ besonders plausibel wären. Aus diesem Grund argumentieren die Forschenden, dass das Magnetfeld mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem länger andauernden Dynamo stammt, der im Inneren des Mondes – im Kern – erzeugt wurde. Offenes bleibt trotzdem: Wie ein vergleichsweise kleiner Mondkern ein so starkes Magnetfeld über die erforderliche Zeit aufrechterhalten haben soll, ist damit noch nicht vollständig geklärt. Die Studie verschiebt die Debatte damit von „Gab es einen Dynamo?“ hin zu der praktischeren Frage „Wie hat er funktioniert?“
Neben dem Magnetfeld liefert die Arbeit zudem Hinweise zu einem zweiten, lange diskutierten Phänomen auf der Mondoberfläche: den „Lunar Swirls“, hellen, geschwungenen oder streifenförmigen Mustern. Für solche Swirls wird seit Jahren eine magnetische Anomalie an ihren Auftretensorten beobachtet. Auch in der Dewar-Region findet sich an der Oberfläche ein Swirl genau über der gemessenen Anomalie. Eine mögliche Erklärung lautet, dass Wirbel dort entstehen, wo das Magnetfeld an der Oberfläche horizontal verläuft: Das horizontale Feld könnte den Sonnenwind ablenken und die Verwitterung der Oberfläche verlangsamen, wodurch die Region länger heller bleibt als ihre Umgebung. Für zukünftige Missionen ist das nicht nur wissenschaftlich relevant, sondern auch praktisch: Wenn magnetische Feldlinien Schutzmechanismen gegen den Sonnenwind bieten, könnten Swirls helfen, geeignete Ziele für Messungen vor Ort auszuwählen und später bei der Interpretation von Proben zur magnetischen Entwicklungsgeschichte des Mondes beizutragen.
Methodisch ist der Ansatz auch für andere Himmelskörper interessant. Yang weist darauf hin, dass die Kombination aus Schwere- und Magnetfeldinformationen grundsätzlich dazu dienen kann, allein aus Umlaufbahndaten Rückschlüsse auf einen planetaren Dynamo zu ziehen. Für den Mars wären solche Untersuchungen besonders spannend, allerdings fehlen dort derzeit noch Daten in der erforderlichen Qualität, um eine vergleichbar belastbare Aussage zu ermöglichen. Die aktuellen Ergebnisse wurden in einem Fachartikel in Science Advances veröffentlicht und markieren damit einen weiteren Schritt in Richtung einer „ferngestützten“ Geodynamik-Forschung: weg von ausschließlich punktuellen Proben, hin zu Modellen, die ganze Regionen des Untergrunds aus dem Orbit heraus aufschließen.
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