科学家确定了月球发电机的死亡时间

传统的指南针在月球上用处不大，因为现在月球上没有全球磁场。

但数十亿年前，月球确实产生了磁场，而且很可能比今天的地球磁场还要强。科学家们认为，这个月球磁场和地球磁场一样，是由一个强大的发电机——月球核心的搅动产生的。在某一时刻，这个发电机及其产生的磁场逐渐消失。

现在来自麻省理工学院和其他地方的科学家们已经确定了月球发电机结束的时间，大约在10亿年前。研究结果发表在今天的《科学进展》杂志上。

新的时间安排排除了一些理论，什么推动月球发电机在其后期阶段，并有利于一个特定的机制:核心结晶。当月球内部的铁核结晶时，液态核的带电流体被浮力搅拌，产生了发电机。

麻省理工学院地球、大气和行星科学教授Benjamin Weiss说:“磁场是一种弥漫在太空中的朦胧的东西，就像一个看不见的力场。”“我们已经证明，产生月球磁场的发电机在15亿到10亿年前的某个地方就已经死亡，而且似乎是以类似地球的方式供电的。”

魏斯论文的合著者包括合著者Saied Mighani和Huapei Wang，麻省理工学院的Caue Borlina和Claire Nichols，以及加州大学伯克利分校的David Shuster。

决斗发电机理论

在过去的几年里，Weiss的团队和其他人在40亿年的月球岩石中发现了大约100个微特斯拉的强磁场的迹象。相比之下，今天地球的磁场大约是50微特斯拉。

在2017年，维斯的团队研究了从美国宇航局阿波罗项目收集的样本，发现了一个弱得多的磁场的痕迹，在10个微特斯拉以下，他们确定月球岩石大约有25亿年的历史。当时他们的想法是,也许对于月球发电机两种机制在起作用:第一可以生成更强,早些时候周围磁场的40亿年前,之前被另一个取代,更长寿机制,持续弱得多,至少在25亿年前。

“关于月球发电机的动力机制有几种说法，问题是，你如何找出是哪一种?””Weiss说。“事实证明，所有这些能源都有不同的寿命。所以如果你能算出发电机是什么时候关闭的，那么你就能区分出月球发电机的机制。这就是这篇新论文的目的。”

大多数来自阿波罗任务的月球磁性研究样本都来自古代岩石，年代大约在30亿年到40亿年之间。这些岩石最初以熔岩的形式喷涌到一个非常年轻的月球表面，当它们冷却时，它们的微小颗粒与月球磁场的方向一致。月球的大部分表面都覆盖着这样的岩石，从那时起，这些岩石就一直保持不变，保存着古代磁场的记录。

然而，月球岩石的磁性历史开始于不到30亿年前，由于大多数月球火山活动已经停止，所以要找到这些岩石要困难得多。

“过去30亿年的月球历史一直是个谜，因为几乎没有关于它的岩石记录，”Weiss说。

“小罗盘”

不过,他和他的同事发现了两个月球岩石样本,收集的宇航员在阿波罗任务,似乎受到了巨大影响大约10亿年前,结果被融化和焊接在一起,他们古老的磁记录是抹去。

研究小组将样本带回实验室，首先分析每块岩石的电子方向，Weiss将其描述为“小指南针”，要么与现有磁场方向一致，要么在没有磁场的情况下随机出现。对于这两个样本，研究小组观察到的是后者:电子的随机配置，这表明岩石形成于一个极弱的磁场中，磁场基本为零，不超过0.1微特斯拉。

然后，研究小组用一种辐射年代测定技术测定了这两个样本的年龄，Weiss和Shuster在这项研究中采用了这种技术。

研究小组对这些样本进行了一系列测试，以确定它们是否确实是性能良好的磁记录器。换句话说，一旦它们被一些巨大的撞击重新加热，如果月球上存在微弱的磁场，它们是否还能保持足够的灵敏度来记录呢?

为了回答这个问题，研究人员把两个样本都放在烤箱里，用高温对它们进行高温处理，以有效地消除它们的磁记录，然后在实验室里，在冷却岩石的同时，将它们暴露在一个人工产生的磁场中。

结果证实，这两个样本确实是可靠的磁记录器，它们最初测量的磁场强度(0.1微特斯拉)准确地代表了10亿年前月球极弱磁场的最大可能值。魏斯说，一个只有0.1微特斯拉的磁场是如此之低，很可能在这个时候，月球的发电机已经停止工作了。

新的发现与预测的核心结晶的寿命相一致，核心结晶是月球发电机的一种拟议机制，可能在月球历史的后期产生一个微弱的、长期存在的磁场。Weiss说，在核心结晶之前，一种叫做进动的机制可能驱动了一个更强但寿命更短的发电机。岁差是一种现象，一个物体(如月球)的固体外壳，在接近一个大得多的物体(如地球)时，由于地球的引力而摆动。这种晃动激起了地核内的液体，就像喝一杯咖啡激起地核内的液体一样。

大约40亿年前，月球的雏形比现在更接近地球，更容易受到地球引力的影响。当月球缓慢地远离地球时，岁差的影响就减弱了，从而削弱了发电机和磁场。Weiss说，大约25亿年前，核心结晶成为月球发电机持续运转的主要机制，产生一个较弱的磁场，当月球核心最终完全结晶时，磁场继续消散。

研究小组下一步将测量月球古代磁场的方向，以期收集更多有关月球演化的信息。

这项研究部分得到了NASA的支持。