Yale-Forscher haben möglicherweise ein seit langem bestehendes Rätsel gelöst, warum bestimmte metallische Meteoriten Spuren eines Magnetfelds aufweisen – ein Befund, der Aufschluss über die Bildung magnetischer Dynamos im Kern von Planeten geben könnte.
Der Planetenmagnetismus ist der Schlüssel zum Verständnis sowohl der inneren Struktur als auch der Entwicklung vieler Himmelskörper. Die Kerne der Erde, Merkur, und zwei der Jupitermonde, Ganymed und Io, erzeugen beispielsweise alle nachweisbare Magnetfelder. Und es gibt Spuren von altem Magnetismus, die auf dem Mars und dem Erdmond gefunden wurden.
Es gibt aber auch Meteoriten – kleine Weltraumfelsen, die auf die Erde gefallen sind –, die Hinweise auf Magnetismus enthalten. Wissenschaftler sagen, dass einige Eisenmeteoriten Überreste eines intern erzeugten Magnetfelds tragen – was nicht möglich sein sollte. Obwohl angenommen wird, dass Eisenmeteoriten die metallischen Kerne von Asteroiden (kleinen Planetenkörpern) darstellen, wird nicht erwartet, dass diese Kerne über die hochspezifischen inneren Eigenschaften verfügen, die erforderlich sind, um gleichzeitig Magnetismus zu erzeugen und aufzuzeichnen.
In einer neuen Studie schlagen die Yale-Wissenschaftler Zhongtian Zhang und David Bercovici vor, dass Kollisionen zwischen Asteroiden unter bestimmten Bedingungen zur Bildung von Metall-Asteroiden führen können, die ein Magnetfeld erzeugen und den Magnetismus durch ihre eigenen Materialien aufzeichnen können. Kleine Fragmente dieser Asteroiden mit Spuren von Magnetismus könnten als Meteoriten auf die Erde fallen.
Die Studie erscheint in der Zeitschrift Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
„Ich war mir dieses Rätsels schon seit einiger Zeit bewusst“, sagte Zhang, ein Doktorand am Department of Earth & Planetary Sciences der Yale University und Erstautor der Studie. „Als ich zum ersten Mal nach Yale kam und mögliche Forschungsrichtungen mit Dave besprach, schickte er mir einen Aufsatz über die Beobachtung des Paläomagnetismus in Eisenmeteoriten.“
Einige Jahre später forschte Zhang an sogenannten „Trümmerhaufen“-Asteroiden, die entstehen, wenn sich die Fragmente von Asteroidenkollisionen durch Gravitationskräfte in neuen Kombinationen neu bilden.
Diese Arbeit inspirierte Zhang und Bercovici dazu, über die Frage nachzudenken, ob das Trümmerhaufen-Phänomen für die Erzeugung eines Magnetfelds relevant sein könnte.
Die Modellierung der Forscher legt nahe, dass es nach einer Asteroidenkollision möglich ist, dass sich neue, eisenhaltige Asteroiden mit einem kalten, aus Schutt bestehenden inneren Kern bilden, der von einer wärmeren, flüssigen Außenschicht umgeben ist. Wenn der kältere Kern beginnt, der äußeren Schicht Wärme zu entziehen und leichtere Elemente wie Schwefel freigesetzt werden, löst dies, so berichten sie, Konvektion aus, die wiederum ein Magnetfeld erzeugt.
Ihrem Modell zufolge könnte ein solcher Dynamo mehrere Millionen Jahre lang ein Magnetfeld erzeugen, das ausreichen würde, um Milliarden Jahre später von Wissenschaftlern in Eisenmeteoriten entdeckt zu werden.
„Es gibt mehrere Teile dieses Puzzles, für die Zhongtian eine kreative und clevere Lösung gefunden hat“, sagte Bercovici, Frederick William Beinecke-Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Yale-Fakultät für Künste und Wissenschaften.
„Zum Beispiel ist die Idee eines Schutthaufenkerns so, als würde man Eiswürfel in geschmolzenes Metall fallen lassen“, sagte Bercovici. „Sie können nicht zu groß oder zu klein sein. Aber es gibt eine optimale Größe, die gerade klein genug ist, um im Weltraum abzukühlen, aber auch schnell genug im geschmolzenen Metall versinken und sich in der Mitte ansammeln, um einen inneren Kern wie den der Erde zu bilden.“ , zumindest für eine kurze Zeit.
Mehr Informationen:
Zhongtian Zhang et al., Erzeugung eines messbaren Magnetfelds in einem Metallasteroiden mit einem Trümmerhaufenkern, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2221696120