Jordets globala magnetfält genereras i dess metalliska kärna, som ligger nästan 3 000 kilometer under planetens yta. Fältet har funnits på jorden i minst 3,5 miljarder år och ger ledtrådar om hur andra planeter, stjärnor och himlakroppar kan ha bildats.
I samband med att forskarna förfinar sin förståelse av hur detta fält fungerar i sin pågående utforskning av planetens historia är en idé som de använder för att förklara denna process dynamoteorin – idén om att en stor dynamo, eller magnetfältsgenerator, existerar i jordens yttre kärna, där flytande järn ständigt rör sig när planeten svalnar. Denna kontinuerliga rörelse skapar elektriska strömmar när elektroner rör sig genom vätskan. Genom denna process omvandlas energin i den rörliga vätskan till ett magnetfält som kan upprätthållas i miljarder år.
Vetenskapen om att planetkroppar som jorden, månen, Mars och till och med asteroider har, eller en gång hade, ett magnetfält är avgörande för att förstå deras historia och inre struktur. Detta beror på att närvaron av ett magnetfält inuti en kropp avslöjar att den sannolikt också bildade en metallisk kärna som genererade detta fält, enligt Benjamin Weiss, docent vid institutionen för jord-, atmosfär- och planetära vetenskaper. Ett sådant fält är ett av få sätt att på distans känna av en metallisk kärna som ligger så djupt under en kropps yta.
Om ett fragment eller en sten från en planetkropp är magnetiserad tyder detta på att kroppen genomgick en storskalig smältning där tyngre material sjönk ner till insidan för att bilda en metallisk kärna och lättare material flöt upp till ytan för att bilda en stenig jordskorpa. Denna process ger en planet sin historia. ”Annars skulle den vara en hög med rymdstoft”, säger Weiss.
Att avgöra om en planet genererade ett magnetfält i det förflutna är inte bara viktigt för att härleda närvaron av en kärna, utan kan också vara viktigt för att lära sig mer om planetkroppens ursprung och till och med om klimatförändringarnas historia för denna kropp.
Till exempel: även om Mars idag inte har ett magnetfält som genereras av en kärndynamo har Weiss och hans kollegor identifierat magnetisering i marsianska stenar, vilket tyder på att Mars hade ett starkt globalt fält för miljarder år sedan. Det verkar som om försvinnandet av denna tidiga dynamo ungefär sammanföll med förlusten av Mars tidiga tjocka atmosfär och övergången från ett tidigt varmt och fuktigt klimat till planetens nuvarande kalla och ogästvänliga förhållanden.
Men forskarnas förståelse av dynamoteorin har komplicerats av nya upptäckter av magnetiserade stenar från månen och gamla meteoriter samt ett aktivt dynamofält på Merkurius – platser som man trodde kanske hade svalnat för snabbt eller varit för små för att generera ett självförsörjande magnetfält. Man hade trott att mindre kroppar inte kunde ha dynamos eftersom de svalnar snabbare och därför är mer benägna att ha metallkärnor som inte förblir i flytande form särskilt länge.
År 2008 upptäckte en MIT-ledd grupp där Weiss ingick magnetiska spår i bitar från små, steniga objekt som kallas planetesimaler och som tros ha smällt ihop för att bilda stenplaneterna för 4,5 miljarder år sedan. Planetesimaler hade tidigare ansetts vara för små för att ha bildat dynamokärnor. Enligt Weiss tyder fyndet på att upprätthållandet av ett magnetfält som det på jorden kanske inte kräver en stor, kylande kärna som ständigt förflyttar vätska och skapar strömmar, utan att det också på något sätt skulle kunna genereras av kärnorna i mindre kroppar som planetesimaler – av vilka en del bara är 160 kilometer breda.
Forskare kommer snart att få en chans att utforska förhållandet mellan en kropps storlek och dess förmåga att ha en dynamo tack vare NASA:s rymdskepp Dawn, som sköts upp i september 2007 för att studera Ceres och Vesta, de två största asteroiderna i asteroidbältet som ligger mellan Mars och Jupiter. Dawn ska gå i omloppsbana runt Vesta 2011, och ett av uppdragets huvudmål är att testa om Vesta, som har en genomsnittlig diameter på 530 kilometer, har en kärna. En grupp magnetiserade meteoriter, kända som HED-meteoriterna, tros komma från Vesta och skulle kunna vara bevis på en tidig kärndynamo på asteroiden.