远古月球遗失的磁性

下图显示了月球发电机如何产生磁场。

模拟排除了由流星体撞击引起的等离子作为月球磁场的来源，这支持了古代月球产生核心发电机的提议。

今天，月球缺乏全球磁场，但情况并非总是如此。通过阿波罗飞行任务获得的太空船对月壳和月球岩石的测量结果包含了残留的磁化强度，磁化强度是在4到35亿年前形成的，其磁场强度与地球的强度相当。科学家认为，这种现象的来源是发电机，即月球搅动，熔化的金属核所产生的磁场。但是，研究表明，月亮的疑似小核芯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。

在最近的《科学进展》杂志上，研究科学家罗纳·奥拉南德（Rona Oranand）行星科学教授，麻省理工学院地球，大气与行星科学系的本·魏斯（Ben Weiss）研究了自1980年代就存在的，可能在月壳中产生剩余磁化强度的另一种假设的可能性：瞬态等离子体流星撞击产生的。在这里，他们描述了他们的一些发现。

盆地形成碰撞后的等离子体流（左）模型和磁场演化模型。

问：“撞击等离子体”假说是什么，为什么仍被认为是解释月球古代磁性的潜在机制？

奥兰：提出了两个主要的假设来解释月球的古代磁场。一个是月亮曾经产生了发电机。这种理论的主要挑战是，月亮比地球小得多，并且它没有足够的能量来产生表面强度高的表面磁场，这是通过对阿波罗样品和地壳的分析得出的。

魏斯（Weiss）：一个长期存在的假说是，磁场的来源不是月球内部本身，而是流星体撞击到表面上。特别是，有人提出，撞击等离子体（由月球表面汽化产生的高导电性流体）在月球周围膨胀并吞没了月球。这样，等离子体将压缩并放大行星际磁场，即太阳风。然后，这些磁场将被感应到月球的地壳中，然后在月球另一侧的土壤中会看到增强的磁场信号。这个假设部分地由观测四个年轻的大型陨石坑所证实，这些陨石坑在月球的相反位置具有强大的磁信号。

问：查看冲击等离子体模型，您如何检查其合理性，以及为什么可以排除它作为主要嫌疑人呢？

魏斯（Weiss）：我们通过对碰撞等离子进行的第一次模拟测试了这一想法，这些模拟始终如一地考虑了控制磁场产生和衰减的物理原理。

奥兰：尚未以这种方式检验该假设的原因之一是，我们使用的工具属于空间科学学科；之前没有人实际将其应用于此问题。然后，研究古磁性论的本（Ben）和我共同努力，共同研究了血浆等离子体假说。

磁化等离子体的演化是一个复杂的过程，等离子体流和电磁场会相互响应而发生变化。只有同时模拟等离子体和磁场，您才能获得逼真的过程视图。

我们发现，无论您做任何事情，但是无论在撞击位置，方向和初始磁场的方向上如何使用它，都无法从这些撞击等离子体中产生足够的磁能。那是因为我们可以将月球体想像成这种巨大的球形电阻器，该电阻器基本上会杀死这些磁场试图感应到的所有电流。然后，我们会生成这些磁场，而不是由于冲击而在地壳中产生强磁场，但是它们会在几分钟之内消散，因此最终会加热岩石。因此，我们看到了与我们最初打算寻找的结果完全相反的效果。

问：您的发现告诉我们有关月球的演化，其磁性和类似行星体的信息吗？还有什么问题呢？

魏斯：如果影响场的假设是正确的，那就意味着我们在月球表面发现的剩余磁化强度基本上不会告诉我们有关其内部的地球物理和热演化的信息。反过来，这对于追踪月球的磁性历史，甚至对于理解在其他无气的物体（如有陨石坑的水星和小行星，陨石表明可能具有地壳的磁化强度）中发现的剩余磁化的记录，都具有深远的意义。既然我们已经表明，撞击场假说不可能解释大多数月球磁场，这支持了月球和其他物体上的磁力的核心发电机假说。

奥兰：鉴于我们现在偏爱月球发电机，我们在月球上看到的强磁场仍然需要解释，因为像我们地球上的发电机那样，由于自身的冷却，核心摇动的发电机可能是不够的。近年来，一些替代的发电机理论得到了发展，这些理论可能会产生更强的场，例如，通过覆盖上覆的实心地幔来搅动岩心。

我们最直接的后续研究是重复相同类型的模拟，但我们将让月球产生自己的核心发电机，而不是非磁性活跃的物体，然后研究等离子体如何与这种磁场相互作用。另一个需要考虑的问题是，您是否可以在影响站点本身上创建烙印。其中一种情况可能会更好地匹配我们在月球表面看到的磁化强度。

参与该研究的还有GFZ德国地球科学研究中心的前MIT访问教授Yuri Shprits，科廷大学的前EAPS博士后KatarinaMiljković和密歇根大学的GáborTóth。

这项研究的部分经费由NASA太阳系工作计划，NASA太阳系探索虚拟研究所和Skoltech教职员工发展计划提供支持。