År 2024, en ny tid av rymdutforskning kommer att börja när NASA skickar astronauter till månen som en del av deras Artemis-uppdrag, en uppföljning av Apollo-uppdragen på 1960- och 1970-talen.

Några av de största frågorna som forskare hoppas kunna utforska inkluderar att bestämma vilka resurser som finns i månens jord och hur dessa resurser kan användas för att upprätthålla liv.

I en artikel publicerad i tidskriften Vetenskapens framsteg , forskare vid University of Rochester, leda ett team av kollegor vid sju andra institutioner, rapportera sina fynd om en viktig faktor som påverkar de typer av resurser som kan hittas på månen:huruvida månen har haft en långlivad magnetisk sköld någon gång i sin 4,53 miljarder år långa historia.

Närvaron eller frånvaron av en sköld spelar roll eftersom magnetiska sköldar skyddar astronomiska kroppar från skadlig solstrålning. Och lagets resultat motsäger några långvariga antaganden.

"Detta är ett nytt paradigm för månens magnetfält, " säger första författaren John Tarduno, William R. Kenan, Jr., Professor i geofysik vid institutionen för geo- och miljövetenskaper och dekanus för forskning för konst, Sciences &Engineering vid Rochester.

Har månen någonsin haft en magnetisk sköld?

I åratal, Tarduno har varit ledande inom paleomagnetism, studerar utvecklingen av jordens magnetiska sköld som ett sätt att förstå planetarisk evolution och miljöförändringar.

Jordens magnetiska sköld har sitt ursprung djupt inne i planetens kärna. Där, virvlande flytande järn genererar elektriska strömmar, driver ett fenomen som kallas geodynamo, som producerar skölden. Den magnetiska skölden är osynlig, men forskare har länge insett att det är livsviktigt för livet på jordens yta eftersom det skyddar vår planet från solvinden – strålningsströmmar från solen.

Men har jordens måne någonsin haft en magnetisk sköld?

Även om månen inte har någon magnetisk sköld nu, det har varit debatt om huruvida månen kan ha haft en långvarig magnetisk sköld någon gång i sin historia.

"Sedan Apollo-uppdragen, det har funnits den här idén att månen hade ett magnetfält som var lika starkt eller till och med starkare än jordens magnetfält för cirka 3,7 miljarder år sedan, " säger Tarduno.

Tron på att månen hade en magnetisk sköld baserades på en första datamängd från 1970-talet som inkluderade analyser av prover som samlats in under Apollo-uppdragen. Analyserna visade att proverna hade magnetisering, som forskare trodde berodde på närvaron av en geodynamo.

Men ett par faktorer har sedan dess gett forskarna paus.

"Månens kärna är väldigt liten och det skulle vara svårt att faktiskt driva den typen av magnetfält, Tarduno förklarar. de tidigare mätningarna som registrerar ett högt magnetfält utfördes inte med hjälp av uppvärmningsexperiment. De använde andra tekniker som kanske inte exakt registrerar magnetfältet."

När månprover möter lasrar

Tarduno och hans kollegor testade glasprover som samlats in på tidigare Apollo-uppdrag, men använde CO ₂ lasrar för att värma månproverna under en kort tid, en metod som gjorde att de kunde undvika att ändra proverna. De använde sedan mycket känsliga supraledande magnetometrar för att mer exakt mäta provernas magnetiska signaler.

"Ett av problemen med månprover har varit att de magnetiska bärarna i dem är ganska känsliga för förändringar, " säger Tarduno. "Genom att värma med en laser, det finns inga bevis på förändringar i våra mätningar, så vi kan undvika de problem som människor kan ha haft tidigare."

Forskarna fastställde att magnetiseringen i proverna kunde vara resultatet av nedslag från föremål som meteoriter eller kometer - inte resultatet av magnetisering från närvaron av en magnetisk sköld. Andra prover de analyserade hade potential att visa stark magnetisering i närvaro av ett magnetfält, men visade ingen magnetisering, vilket ytterligare indikerar att månen aldrig har haft en långvarig magnetisk sköld.

"Om det hade funnits ett magnetfält på månen, proverna vi studerade borde alla ha fått magnetisering, men det har de inte, " säger Tarduno. "Det är ganska avgörande att månen inte hade ett långvarigt dynamofält."

Brist på magnetisk skärm innebär ett överflöd av element

Utan skydd av en magnetisk sköld, månen var mottaglig för solvind, vilket kan ha orsakat en mängd olika flyktiga ämnen – kemiska grundämnen och föreningar som lätt kan förångas – att implanteras i månens jord. Dessa flyktiga ämnen kan innefatta kol, väte, vatten, och helium 3, en isotop av helium som inte finns i överflöd på jorden.

"Våra data indikerar att vi borde titta på den höga delen av uppskattningar av helium 3 eftersom en brist på magnetisk sköld innebär att mer solvind når månens yta, vilket resulterar i mycket djupare reservoarer av helium 3 än vad folk trodde tidigare, " säger Tarduno.

Forskningen kan hjälpa till att informera en ny våg av månexperiment baserat på data som kommer att samlas in av Artemis-uppdraget. Data från prover som samlats in under uppdraget kommer att göra det möjligt för forskare och ingenjörer att studera förekomsten av flyktiga ämnen och bättre avgöra om dessa material kan extraheras för mänskligt bruk. Helium 3, till exempel, används för närvarande inom medicinsk bildbehandling och kryogenik och är en möjlig framtida bränslekälla.

En brist på magnetisk avskärmning innebär också att forntida månjordar kan hålla register över tidigare solvindsutsläpp. Att analysera kärnor av jordprover skulle därför kunna ge forskare en bättre förståelse av solens utveckling.

"Med bakgrunden från vår forskning, forskare kan bättre tänka på nästa uppsättning månexperiment att utföra, " säger Tarduno. "Dessa experiment kan fokusera på nuvarande månresurser och hur vi kan använda dem och även på den historiska dokumentationen av vad som är fångat i månens jord."