Robert Klatt
Es war bisher umstritten, ob der Mond einen festen inneren Kern oder nur einen halb geschmolzenen Kern besitzt. Neue geophysikalische und thermodynamische Daten zeigen nun, dass der Erdtrabant einen etwa 516 Kilometer großen festen Eisenkern hat, der von einem rund 100 Kilometer dicken flüssigen Kern umgeben ist.
Nizza (Frankreich). Die Astronomie konnte bisher noch nicht erklären, wie der Mond einst ein starkes Magnetfeld erzeugen konnte und wie lange dieses Magnetfeld bestand. Der Kern des Erdtrabanten ist laut der gängigen Lehrmeinung nämlich deutlich zu klein für einen starken Geodynamo. Zudem ist der Aufbau des lunaren Kerns umstritten. Messdaten eines Seismometers, das Astronauten vor rund 50 Jahren auf dem Mond platzierten, deuten darauf hin, dass der lunare Kern teilweise schmelzflüssig ist. Die geringe Auflösung der Daten lässt aber keine Rückschlüsse darauf zu, ob der Mond wie die Erde einen festen inneren Kern hat.
Wissenschaftler des Observatoire de la Côte d’Azur (OCA) haben nun im Fachmagazin Nature neue Informationen zum Mondkern publiziert, die auf Daten zur Gezeitenverformung, seismischen Daten und anderen geophysikalischen Messdaten basieren. Anhand dieser Daten prüften die Forscher mehrere Varianten des Aufbaus des lunaren Kerns mithilfe von geophysikalischen und thermodynamischen Modellen. Zudem untersuchten sie, welche der modellierten Kernvarianten ab genausten mit den seismischen Daten von der Kern-Mantel-Grenze übereinstimmen.
„Wenn man nur geophysikalische Beobachtungen berücksichtigt und die chemische Zusammensetzung der Schichten nicht weiter eingrenzt, zeigt die Struktur mit festem Innenkern keine statischen Vorteile gegenüber einer Struktur ohne Innenkern. Beide Fälle sind denkbar.“
Wenn jedoch Aspekte wie Dichte, Temperatur und Viskosität des unteren Mondmantels sowie die Kennwerte an der Grenze zwischen Kern und Mantel berücksichtigt werden, verändert sich die Situation. Seismologische Untersuchungen verweisen auf eine Zone deutlich reduzierter seismischer Geschwindigkeiten in diesem Übergangsbereich.
„Ohne einen inneren Kern sind die für diese Low Velocity Zone geophysikalisch ermittelten Dichten nicht mit den thermodynamischen Dichteprofilen vereinbar. Unsere Resultate demonstrieren die Existenz eines inneren festen Mondkerns mit einem Radius von rund 258 Kilometern und einer Dichte von 7.822 Kilogramm pro Kubikmeter.“
Gemäß ihren Modellberechnungen umgibt der halbflüssige äußere Kern, der den festen Innenkern umschließt, einen Radius von 362 Kilometern und weist eine leicht reduzierte Dichte von 5.025 Kilogramm pro Kubikmeter auf. Dieser bildet eine Hülle von 104 Kilometern Dicke um den festen Kern.
Dies stützt vorherige Vermutungen, dass der Mond ebenfalls einen bipartiten Kern aufweist. Im Zentrum befindet sich laut diesen Angaben ein hauptsächlich aus Eisen bestehender fester Kern mit einem Durchmesser von 516 Kilometern, der etwa 15 Prozent des Mondvolumens ausmacht.
„Die Existenz eines festen inneren Kerns ist entscheidend, um die Mechanismen zu verstehen, durch die ein Himmelskörper ein planetares Magnetfeld entwickelt oder aber nicht.“
Zusätzlich bietet ihre Untersuchung zusätzliche Anhaltspunkte dafür, dass in der Frühphase des Mondes Konvektionsströme an der Kern-Mantel-Grenze existierten: Schwere Aggregate des titan- und eisenhaltigen Minerals Ilmenit sanken in den damals halbflüssigen Mondmantel und konzentrierten sich an der Kern-Mantel-Grenze. Hier lösten sie temperaturabhängige Bewegungen im Kernmaterial aus, die die Wirkung des relativ schwachen Mond-Dynamos verstärkten und dem Mond sein ursprünglich starkes Magnetfeld verliehen.
Nature, doi: 10.1038/s41586-023-05935-7
