为什么月球上的一些岩石具有很强的磁性？
月球的磁力去哪儿了？ 几十年来，科学家们一直在对这个问题感到困惑，自从轨道航天器在月球表面岩石中发现高磁场的迹象以来。 今天，月球本身没有固有的磁性。 现在，麻省理工学院的科学家可能已经解开了这个谜团。 他们提出，古老的微弱磁场和产生等离子体的大撞击相结合，可能暂时产生了一个集中在月球背面的强磁场。 输入研究人员发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的一项研究显示，通过详细的模拟表明，撞击（例如来自大型小行星的撞击）可能产生一团电离粒子云，短暂地笼罩了月球。 这些等离子体会围绕月球流动，并集中在与最初撞击相反的位置。 在那里，等离子体会与月球的微弱磁场相互作用并暂时放大。 该地区的任何岩石都可能记录到磁场之前增强的磁力很快就消失了。 这一系列事件可以解释为什么在月球背面的南极附近区域检测到高磁性岩石。 碰巧的是，最大的撞击盆地之一——Imbrium 盆地——位于月球近侧的正好相反的地方。 研究人员怀疑，造成这种影响的任何东西都可能释放出等离子体云，从而在他们的模拟中拉开了场景的序幕。 “月球磁力的很大一部分仍未得到解释，”麻省理工学院地球、大气和行星科学系 （EAPS） 研究生、主要作者 Isaac Narrett 说。 “但是，轨道航天器测量的大多数强磁场都可以用这个过程来解释——尤其是在月球背面。” Narrett 的合著者包括麻省理工学院的 Rona Oran 和 Benjamin Weiss，以及科廷大学的 Katarina Miljkovic、Yuxi Chen 和密歇根大学安娜堡分校的 Gábor Tóth 和剑桥大学的 Elias Mansbach 博士 '24。 麻省理工学院核科学与工程教授 Nuno Loureiro 也提供了见解和建议。 超越太阳 科学家几十年来一直知道，月球拥有强磁场的残余物。 1960 年代和 70 年代美国宇航局 （NASA） 阿波罗任务中宇航员带回的月球表面样本，以及远程进行的月球全球测量绕轨道运行的航天器，在表面岩石中显示出残余磁性的迹象，尤其是在月球的背面。 表面磁性的典型解释是由内部“发电机”或熔融搅动材料的核心产生的全局磁场。 今天的地球通过发电机过程产生磁场，人们认为月球曾经可能也做过同样的事情，尽管它小得多的核心会产生一个弱得多的磁场，这可能无法解释观察到高度磁化的岩石，尤其是在月球的背面。 科学家不时测试的另一种假设涉及产生等离子体的巨大撞击，这反过来又放大了任何微弱的磁场。 2020 年，Oran 和 Weiss 通过模拟对月球的巨大撞击，结合太阳产生的磁场来检验这一假设，该磁场在延伸到地球和月球时很弱。 在模拟中，他们测试了对月球的撞击可能会放大这样的太阳场，这足以解释表面岩石的高磁性测量。 事实证明并非如此，他们的结果似乎排除了等离子体引起的撞击在月球失去磁性方面的作用。 尖峰和抖动 但在他们的新研究中，研究人员采取了不同的策略。 他们没有考虑太阳的磁场，而是假设月球曾经拥有一个发电机，该发电机产生了其磁场own，尽管很弱。 考虑到其核心的大小，他们估计这样的磁场大约是 1 微特斯拉，或比今天的地球磁场弱 50 倍。 从这个起点开始，研究人员模拟了对月球表面的巨大撞击，类似于在月球近侧形成 Imbrium 盆地的情况。 使用 Katarina Miljkovic 的撞击模拟，该团队随后模拟了这种撞击会产生的等离子体云，即撞击使表面材料汽化。 他们采用了由密歇根大学合作者开发的第二个代码，以模拟产生的等离子体如何流动并与月球的微弱磁场相互作用。 这些模拟表明，当等离子云因撞击而产生时，其中一些会膨胀到太空中，而其余的会围绕月球流动并集中在另一侧。 在那里，等离子体会压缩并短暂放大月球的弱磁场。 Narrett 说，从磁场被放大到衰减回基线的整个过程，速度会非常快——大约 40 分钟左右。 这个短暂的窗口是否足以让周围的岩石记录到瞬时磁尖峰？ 研究人员说，是的，在另一个与撞击相关的效应的帮助下。 他们发现 Imbrium 规模的撞击会在月球上发送压力波，类似于地震冲击。 这些波会汇聚到另一侧，在那里激波会使周围的岩石“抖动”，短暂地扰乱岩石的电子——亚原子粒子自然地将其自旋定向到任何外部磁场。 研究人员怀疑，这些岩石是在撞击的等离子体放大月球磁场时受到冲击的。 随着岩石的电子稳定下来，它们呈现出一个新的方向，与瞬时的高磁一致田。 “这就像你把一副 52 张牌扔到空中，放在磁场中，每张牌都有一个指南针，”Weiss 说。 “当卡片回到地面时，它们会以新的方向进行。 这本质上就是磁化过程。 研究人员表示，发电机加上大撞击的这种组合，再加上撞击的冲击波，足以解释月球表面高度磁化的岩石——尤其是在背面。 确定的一种方法是直接对岩石进行采样，寻找冲击和高磁力的迹象。 这可能是可能的，因为这些岩石位于月球南极附近的背面，NASA 的 Artemis 计划等任务计划在那里进行探索。 “几十年来，关于月球的磁力一直存在一个难题——是来自撞击还是来自发电机？” “奥兰说。 “我们在这里要说的是，两者兼而有之。 这是一个可检验的假设，这很好。 团队的模拟是使用 MIT SuperCloud 执行。 这项研究在一定程度上得到了 NASA 的支持。