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• 发布日期 2021 年 1 月 5 日

如今，月球缺乏一个全球磁场，但情况并不总是如此。航天器对由阿波罗任务获得的月球地壳和月球岩石的测量包含了40到35亿年前形成的残余磁场，其磁场强度与地球相当。科学家们认为这是由发电机引起的，这是一种由月球的搅动、熔化的金属内核产生的磁场。然而，研究表明，这颗被怀疑是小地核的卫星可能无法产生足够的能量来维持行星科学家从其岩石中推断出的古老磁场。

在最近一次科学进步,研究科学家罗娜的奥兰和行星科学教授本韦斯麻省理工学院地球大气和行星科学研究了另一种假说的合理性,自1980年代以来已经存在在月球地壳产生剩余磁化:瞬态等离子体流星体所产生的影响。在这里，他们描述了他们的一些发现。

问:什么是“碰撞等离子体”假说?为什么它仍然被认为是解释月球古老磁场的潜在机制?

奥兰:人们提出了两种主要的假设来解释月球古老的磁场。一个是月球曾经产生过发电机。这一理论面临的主要挑战是，月球比地球小得多，它没有足够的能量产生一个表面磁场，而这种磁场强度是根据对阿波罗样本和地壳的分析得出的。

韦斯:长期存在的另一种假设是，该场的来源不是月球内部本身，而是流星体对月球表面的撞击。特别是，有人提出撞击等离子体——月球表面汽化产生的高导电性液体——在月球周围膨胀并吞没了月球。当它们这样做的时候，等离子体会压缩并放大行星际磁场，也就是所谓的太阳风。磁场随后会被诱导到月球的地壳中，增强的磁场信号随后会在月球另一侧的土壤中看到。对月球对面四个年轻的大型陨石坑的观测部分支持了这一假设，这些陨石坑具有很强的磁场信号。

问:看看撞击等离子体模型，你是如何检验它的合理性的?为什么你能够将其排除为主要的怀疑对象?

韦斯:我们通过对碰撞等离子体进行首次模拟来验证这一想法，这些等离子体自洽地考虑了控制磁场产生和衰减的物理机制。

奥兰:这个假设尚未通过这种方式验证的原因之一是，我们使用的工具属于空间科学学科;之前没有人把它们应用到这个问题上。然后，研究古地磁的本和我联手研究这个问题，结果证明了撞击等离子体假说是不成立的。

磁化等离子体的演化是一个复杂的过程，等离子体的流动和电磁场相互响应变化。只有同时模拟等离子体和磁场，你才能真实地看到这个过程。

我们发现，不管你怎么做，不管你怎么处理撞击位置，方向，以及初始场的方向，你都无法从这些撞击等离子体中产生足够的磁场。这是因为我们可以把月球看作是一个巨大的球形电阻，它基本上会消除所有的电流，这些磁场试图诱导到月球上。然后，我们在地壳中产生了磁场，而不是由撞击造成的强磁场，但它们在几分钟内就会消散，所以最终会加热岩石。所以，我们看到的结果与我们最初想要发现的完全相反。

问:你的发现告诉了我们关于月球的演化、它的磁力和类似的行星体的什么信息?还有什么问题?

韦斯:如果撞击场假说是正确的，那就意味着我们在月球表面上发现的剩余磁化强度本质上不会告诉我们月球内部的地球物理和热演化。这将反过来对追踪月球的磁历史有深远的意义，甚至对理解在其他没有空气的物体上发现的剩余磁化记录，如有陨石坑的水星和小行星，陨石表明可能有地壳磁化。既然我们已经证明了撞击场假说不太可能解释大部分的月球磁场，这就支持了关于月球和其他天体磁性的核心发电机假说。

奥兰:考虑到我们现在倾向于使用月球发电机，我们在月球上看到的强大磁场仍然需要一个解释，因为一个像地球上的发电机，核心由于自身冷却而搅动，可能是不够的。近年来，一些替代的发电机理论被发展出来，它们可能产生更强的磁场，例如，由上覆的固体地幔的摆动来搅动地核。

我们最直接的后续研究是重复同样类型的模拟，但不是一个非磁体，我们将允许月球产生自己的核心发电机，然后检查冲击等离子体如何与这样的场相互作用。另一个需要研究的问题是，你能否在撞击现场留下印记。其中一种情况可能会让我们对我们在月球表面看到的磁化现象有更好的了解。

也参与这项研究前麻省理工学院客座教授尤里Shprits德国地球科学研究中心的电活性聚合物前博士后凯蒂Miljković科廷大学和密歇根大学的伽柏托斯。

这项研究部分由NASA太阳系工作计划、NASA太阳系探索虚拟研究所和Skoltech教员发展计划资助。