Der Mond schützte einst die Erdatmosphäre mit einem Magnetfeld

Früher teilten sich Mond und Erde Magnetfelder und schützten ihre Atmosphäre vor schlechten Sonnenwinden.

Erde und Mond
Der Mond hat unsere Atmosphäre geschützt

Die Erdoberfläche war vor 4,5 Milliarden Jahren ein gewaltiges, heißes Chaos. Als Leben noch in weiter Ferne möglich war, konnten die Temperaturen die Augenlider schmelzen lassen, und die Luft tötete in Sekundenschnelle. Auch die Sonne war jung – und bombardierte die kleine Erde mit unfreundlichen Strahlungsausbrüchen, so genannten Flares und koronalen Massenauswürfen, die Ströme hochgeladener Teilchen in Richtung eines bereits lebensfeindlichen Planeten schossen.

Kurz gesagt, die junge Erde war kein sehr schöner Ort zum Leben.

Der inzwischen erloschene magnetische Schild des Mondes hat jedoch möglicherweise dazu beigetragen, dass unser kleiner blauer Planet seine Atmosphäre bewahrt und schließlich das Leben in einem bewohnbaren Klima unterstützt und entwickelt hat, so eine von der NASA geleitete Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde.

Der Mond schützte einst die Erde mit einem Schild, sagt die NASA

Mond schützt vor Solarwinden
NASA Illustration: Der Mond schützte die Erde vor Solarwinden

„Der Mond scheint für die Erde eine beträchtliche Schutzbarriere gegen den Sonnenwind dargestellt zu haben, was für die Fähigkeit der Erde, ihre Atmosphäre während dieser Zeit aufrechtzuerhalten, entscheidend war“, sagte der Chefwissenschaftler der NASA und leitende Studienautor Jim Green. „Wir freuen uns darauf, diese Ergebnisse weiterzuverfolgen, wenn die NASA im Rahmen des Artemis-Programms Astronauten zum Mond schickt, die kritische Proben vom Südpol des Mondes zurückbringen werden.

Es ist vorhersehbar, dass der Mond vor 4,5 Milliarden Jahren eine gewaltsame Geburt erlebte – als ein marsgroßer Proto-Planet namens Theia nach herrschenden Theorien wahnsinnig auf die frühe Erde (die weniger als 100 Millionen Jahre alt war) einschlug.

Die Trümmer dieser kataklysmischen Kollision verschmolzen später mit unserem Mond, während das restliche Material wieder in die Erde zurückfiel. Die Wirkung der Schwerkraft des Mondes stabilisierte die Drehachse der Erde, die sich zu dieser Zeit so schnell drehte, dass ein Tag nur fünf Stunden dauerte.

Damals war der Mond viel näher an der Erde – und damit auch viel größer am Himmel. Während die Schwerkraft des Mondes an unseren Ozeanen zieht, wird das Wasser erhitzt – und damit Energie abgeführt. Dies führt dazu, dass sich der Mond jedes Jahr mit einer Geschwindigkeit von 3,81 cm (1,5 Zoll) von der Erde wegbewegt – dies entspricht in etwa der Breite von zwei aneinander grenzenden Zehncentstücken.

Simulation der Magnetosphäre des Mondes

Erde und Mond Magnetfelder
NASA Illustration: Erde und Mond hatten beide Magnetfelder

Die neue Studie – unter der Leitung der NASA – simulierte, wie die Magnetfelder von Erde und Mond vor etwa 4 Milliarden Jahren wirkten. Die Wissenschaftler bauten ein Computermodell, um das Verhalten der Magnetfelder beider Objekte an zwei Positionen während ihrer jeweiligen Umlaufbahnen zu untersuchen, so ein Blog-Post auf der NASA-Website.

Manchmal würde die Magnetosphäre des Mondes zu einer Barriere für die harte Sonnenstrahlung werden, die auf das Erde-Mond-System auftrifft, schrieben die Wissenschaftler. Das liegt daran, dass die beiden Magnetosphären in den Polarregionen der beiden Objekte noch miteinander verbunden waren. Entscheidend für die Entwicklung der Erde war, dass die hochenergetischen Teilchen des Sonnenwindes nicht in der Lage waren, die überlagerten Magnetfelder zu durchdringen – so blieb eine sehr streifenförmige Atmosphäre intakt und rettete uns vielleicht vor dem Schicksal des Mars.

Interessanterweise tauschten die beiden Atmosphären Materie aus. Intensives ultraviolettes Licht von der Sonne streifte wahrscheinlich Elektronen von neutralen Partikeln hoch in der Erdatmosphäre ab und gab ihnen die Ladung, die sie benötigten, um entlang der Magnetfeldlinien des Mondes zum Mond zu reisen, sagte die NASA.

Dies hätte dem Mond damals helfen können, eine dünne Atmosphäre aufrechtzuerhalten – was eine seltsame Art ist, über den Mond nachzudenken. Aber da Stickstoff in Mondgesteinsproben gefunden wurde, ist die Vorstellung, dass die Erdatmosphäre einst Material schickte, um zur alten Atmosphäre des Mondes zu werden, gar nicht so weit hergeholt – denn die Erdatmosphäre war und ist immer noch von Stickstoff dominiert.

Die Erforschung der Magnetfelder des Mondes hilft uns, sein Inneres zu verstehen

Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Überlappungsperiode der Magnetfelder zwischen Mond und Erde wahrscheinlich in der Zeit vor 4,1 bis 3,5 Milliarden Jahren stattgefunden hat.

„Das Verständnis der Geschichte des Magnetfelds des Mondes hilft uns nicht nur, mögliche frühe Atmosphären zu verstehen, sondern auch, wie sich das Mondinnere entwickelt hat“, sagte David Draper, stellvertretender Chief Scientist der NASA und Mitverfasser der Studie. „Es sagt uns, wie der Kern des Mondes ausgesehen haben könnte – wahrscheinlich eine Kombination aus sowohl flüssigem als auch festem Metall zu einem bestimmten Zeitpunkt in seiner Geschichte – und das ist ein sehr wichtiges Teil des Puzzles, wie der Mond im Inneren funktioniert“.

Natürlich kühlte sich das Innere des Mondes ab, verlor seine Magnetosphäre und schließlich auch seine Atmosphäre. Das Magnetfeld verringerte sich vor 3,2 Milliarden Jahren erheblich und „starb“ vor etwa 1,5 Milliarden Jahren. In Ermangelung eines Magnetfeldes strich der Sonnenwind die frühe Mondatmosphäre weg – nicht unähnlich dem, was mit dem Mars geschah.

Es ist äusserst faszinierend, sich vorzustellen, wie die Luft, die wir atmen, zum Mond und wieder zurück fliegt, und neue wissenschaftliche Entdeckungen wie diese sind nur die Spitze eines Stromes von Erkenntnissen, der uns erwartet, wenn wir zu unserem Mondsatelliten zurückkehren, was die NASA im Rahmen des Artemis-Programms plant – geplant ist, die erste Frau und den nächsten Mann 2024 zum Mond zu schicken.