月球磁场曾比地球还强 但10亿年前月球“发电机”死亡后逐渐消失了

传统的指南针在月球上几乎没有用，而今天的月球没有全球性磁场。

但是，数十亿年前，月球确实产生了磁场，它甚至可能比今天的地球磁场还要强。科学家认为，这个月球磁场像地球一样，是由强大的“发电机”产生的——月球核心的搅动产生的。在某些时候，该“发电机”及其产生的磁场逐渐消失。

现在，麻省理工学院和其他地方的科学家已经确定了月球“发电机”的终结时间，大约是十亿年前。该发现日前发表在《科学进展》杂志上。

新的时间排除了推动月球“发电机”后期发展的一些理论，并支持一种特殊的机制：岩心结晶。当月球的内部铁芯结晶时，液体芯的带电流体被迅速搅拌，形成了“发电机”。

麻省理工学院地球，大气和行星科学教授本杰明·魏斯(Benjamin Weiss)说：“磁场是一种弥漫在太空中的朦胧事物，就像一个看不见的力场一样。” “我们已经证明，产生月球磁场的“发电机”死于1.5至10亿年前，并且似乎以类似于地球的方式提供磁场。”

魏斯论文的合著者包括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。

“发电机”理论之争

在过去的几年中，魏斯的研究小组和其他小组在距今40亿年的月球岩石中发现了大约100微特斯拉的强磁场迹象。相比之下，今天地球的磁场约为50微特斯拉。

2017年，魏斯的研究小组研究了从美国宇航局(NASA)阿波罗(Apollo)项目收集的样本，发现在月球岩石中发现的磁场弱得多，磁场强度小于10微特斯拉，并确定这些岩石存在有约25亿年的历史。他们当时的想法是，也许有两个月球“发电机”在起作用：第一个可能在40亿年前产生了更强的更早的磁场，然后被第二个寿命更长的机制所取代，直到至少25亿年前，这个磁场都非常弱。

“对于推动月球‘发电机’的机制有几种想法，问题是，你如何确定是哪一种机制?”魏斯说，“事实证明，所有这些磁场都有不同的寿命。因此，如果你可以确定‘发电机’关闭的时间，则可以区分为月球发电机提议的机制。这就是这份新论文的目的。”

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。

魏斯说：“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。”

“小罗盘”

尽管如此，魏斯和他的同事们还是确定了两个月球样品，这些样品是由宇航员在阿波罗飞行任务期间收集的，它们似乎在10亿年前受到了巨大的影响，结果被融化并重新融合在一起，以至于它们古代的磁记录几乎被删除了。

研究小组将样品带回实验室，首先分析了每块岩石的电子方向，魏斯将其描述为“小罗盘”，它们要么沿现有磁场的方向对齐，要么在没有磁场的情况下以随机方向出现。对于这两个样本，研究小组都观察到了后者：电子的随机配置，这表明岩石形成的磁场非常弱，几乎为零，不超过0.1微特拉斯。

然后，研究小组使用一种放射测年技术确定了这两个样品的年龄，魏斯和Shuster能够将其用于这项研究。

该小组对样品进行了一系列测试，以查看它们是否是性能良好的磁记录仪。换句话说，一旦它们遭遇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，研究人员将这两个样品放在烤箱中，并用高温喷砂以有效消除其磁记录，然后在岩石冷却后将其暴露在实验室中人工产生的磁场中。

结果证实，这两个样本确实是可靠的磁记录器，并且它们最初测量的磁场强度为0.1微特斯拉，准确地代表了十亿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。

新的发现与预期的岩心结晶寿命相吻合，这是月球“发电机”的一种拟议机制，它可能在月球历史的后期产生一个微弱而长寿的磁场。魏斯说，在岩心结晶之前，一种称为岁差的机制可能会产生更强大、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，地核内就像喝一杯咖啡激起的液体一样。

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。随着月球缓慢地远离地球，岁差的作用减弱，从而削弱了发电机和磁场。魏斯说，大概在25亿年前，核心结晶成为月球发电机持续运转的主要机制，产生了一个较弱的磁场，随着月球的核心最终完全结晶，磁场逐渐消散。

该小组正在寻找下一步测量月球古老磁场的方向的方法，希望能收集有关月球演化的更多信息。

这项研究得到了NASA的部分支持。

原文出处：https://news.mit.edu/2019/when-lunar-dynamo-ended-0101，《Scientists pin down timing of lunar dynamo’s demise》，作者：Jennifer Chu