Jupiter-Mond Ganymed: Nach 4,6 Milliarden Jahren möglicherweise noch aktiver Kern

Diese Idee könnte endlich erklären, warum der Ganymed trotz dessen, dass die meisten Monde ihr Magnetfeld vor Milliarden, immer noch ein aktives Magnetfeld besitzt. Der Mond, der möglicherweise zu langsam abgekühlt ist: Magnetfelder werden in der Regel durch interne Dynamen angetrieben – also durch Bewegungen elektrisch leitfähiger flüssiger Metalle innerhalb eines Planeten oder Mondes.

Solche Dynamen schwächen sich jedoch normalerweise ab, sobald ein Himmelskörper abgekühlt ist und die Kernbildung abgeschlossen ist. So besitzt beispielsweise der Erdmond heute kein Magnetfeld mehr. Selbst Mars verlor sein intern erzeugtes Magnetfeld vor Milliarden, obwohl es etwas größer als Ganymed ist. Das Rätsel ist noch schwerer zu erklären, da planetare Kerne allgemein als schnell gebildet angenommen werden.

Wärme aus der Akkretion (heftiges Zusammenballen während der Planetenentstehung) trennt normalerweise schwere Metalle etwa 1 bis 200 Millionen Jahren. „Für Jahrzehnte haben sich Studien zur Planetenentstehung und zur Dynamo-Aktion parallel entwickelt, jedoch mit widersprüchlichen Annahmen über den anfänglichen Zustand ", sagten die Autoren der Studie.

Um zu verstehen, warum Ganymed sich

Um zu verstehen, warum Ganymed sich weiterhin wie eine magnetisch aktive Welt verhält, erstellten Forscher Computermodelle, die die thermische Geschichte des Mondes ühesten Tagen bis heute nachbilden. Die meisten früheren Theorien gingen davon aus, dass Ganymed heiß entstand, wodurch sich schweres metallisches Material schnell nach innen senkte und frühzeitig einen Kern bildete.

Die neue Arbeit untersucht eine andere Möglichkeit. Was wäre, wenn Ganymed viel kälter entstanden wäre? Die Forscher haben mehrere Szenarien mit eindimensionalen thermischen Evolutionsmodellen getestet. Sie passten Faktoren wie den Wassergehalt des Mondes, die innere Zusammensetzung und die Menge der durch den Gravitationszug Jupiters erzeugten Gezeitenheizung an.

Zudem untersuchten sie, wie radioaktive Elemente im Inneren des Mondes im Laufe der Zeit das Innere allmählich erwärmen können. Ihre Simulationen deuten darauf hin, dass Ganymed eine Mischung aus Eisen und Schwefel enthalten könnte, die vergleichsweise niedrige Schmelztemperaturen aufweisen.

In einem solchen System wäre keine

In einem solchen System wäre keine extreme frühe Erwärmung erforderlich, um die Trennung; stattdessen könnte die Erwärmung über Milliarden langsame Erwärmung verändert alles: Statt dass die Kernbildung früh in der Geschichte des Sonnensystems abgeschlossen wurde, könnte sich dichte metallische Flüssigkeit auch heute noch auf den Kern zu bewegen.

Laut der Studie könnte eisenreicher Schmelz im Inneren umgebenden Material trennen und tiefer in den Mondinneren absinken, wodurch ein teilweise gebildeter metallischer Kern, gelegentlich als Protokern bezeichnet, mit Material versorgt wird. „Wir schlagen vor, dass der Dynamo des Ganymed durch ein wärmendes Inneres entsteht, wobei die langsame Differenzierung einen stetigen Nachschuss an flüssigem Eisen auf einen wachsenden Protokern zuführt", so die Autoren der Studie.

Während sich dieser flüssige Metall nach unten bewegt, rührt er elektrisch leitfähiges Material im Inneren des Mondes auf und schafft die notwendigen Bedingungen für einen magnetischen Dynamo.

Vereinfacht ausgedrückt baut der Mond möglicherweise

Vereinfacht ausgedrückt baut der Mond möglicherweise immer noch den Motor auf, der sein Magnetfeld antreibt. „Unsere Modelle zeigen, dass der beobachtete Dynamo des Ganymed mit einer laufenden Kernbildung übereinstimmt, ein Prozess, der bisher noch nirgendwo anders beobachtet wurde", so die Autoren der Studie.

Diese Idee unterscheidet sich deutlich üheren Modellen, die auf Konvektion von „Eisenschnee" basieren: Dabei kristallisieren feste Eisenpartikel innerhalb eines bereits bestehenden flüssigen Kerns und fallen nach unten wie metallischer Schneefall. Die neue Studie hingegen deutet an, dass das Dynamo-Feld möglicherweise aus dem kontinuierlichen Kernwachstum selbst resultiert.

Die Forschenden argumentieren, dass diese langsame, fortlaufende Trennung ät über Milliarden könnte – weit länger als für einen mondgroßen Körper erwartet. Die Ergebnisse könnten zudem erklären, warum andere nahegelegene eisige Monde des Jupiter trotz ähnlicher Umgebungen unterschiedlich evolviert sind.

Europa könnte beispielsweise einer stärkeren frühen

Europa könnte beispielsweise einer stärkeren frühen Erwärmung ausgesetzt gewesen sein, die es ermöglichte, dass sich sein Kern viel früher bildete, während Callisto möglicherweise zu kalt blieb, um eine effiziente Kernentwicklung zu ermöglichen.

Kleine Unterschiede in Timing, Zusammensetzung und Erwärmung könnten diese benachbarten Monde auf völlig unterschiedliche evolutionäre Pfade gelenkt haben. „Callisto ist wahrscheinlich auf dem entgegengesetzten, kälteren Pfad evolviert." „Das klassische Dilemma beim Vergleich in ihren ähnlichen Größen, Massendichten und benachbarten Umlaufbahnen", so die Autoren der Studie.

Ein verborgener Prozess, der möglicherweise im gesamten Sonnensystem vorkommt. Die Studie könnte die Vorstellungen der Wissenschaftler über die Entwicklung eisiger Welten verändern. Statt sich schnell zu bilden und dann langsam abzukühlen und inaktiv zu werden, könnten sich einige planetare Kerne über Milliarden magnetische Dynamen antreiben.

Das ist, weil Magnetfelder Welten vor

Das ist, weil Magnetfelder Welten vor geladenen Teilchen schützen und dazu beitragen können, dass sich unterirdische Ozeane über lange Zeiträume stabil halten. Da Ganymed wahrscheinlich einen riesigen Ozean unter seiner Eiskruste verbirgt, könnte das Verständnis dafür, wie sein Magnetfeld überdauert, Hinweise auf potenziell bewohnbare Umgebungen an anderer Stelle im Sonnensystem liefern. Die Idee bleibt jedoch ungeprüft.

Die Modelle stützen sich jedoch stark auf Annahmen über die innere Chemie, und Wissenschaftler können das tiefe Innere des Mondes bisher nicht direkt beobachten.

Zukünftige Missionen wie JUICE der Europäischen Weltraumorganisation könnten diese Theorie in den 2030ern durch Untersuchungen des magnetischen Umfelds und der inneren Struktur Theorie bestätigt werden, könnte Ganymed der erste bekannte Himmelskörper sein, dessen Magnetfeld erhalten bleibt, weil sich sein Kern nie vollständig der Bildung entzog. Die Studie erscheint in der Zeitschrift Science Advances.