新的研究表明月球的磁場比我們想象的要長10億年

當涉及到行星、衛星和恆星的研究時，磁場是一件大事。據信是一顆行星上對流的結果，這些場可以是一個行星產生生命或變成一個沒有生命的石頭槌的區別。一段時間以來，科學家們已經知道有一個地球的磁場，它是由一個由液體的對流產生的發電機效應所驅動的。

月球岩石的新測量表明，古代月球在其液態金屬核心(最內層的紅色外殼)中產生了一個發電機磁場。這一結果提高了兩種不同機制的可能性，一種可能驅動了更早、更強的發電機，另一種機制使月球的核心在其生命周期結束時慢得多。圖片：Hernán Cañellas/Benjamin Weiss

科學家們也一直認為月球曾經有一個磁場，它的核心也是由對流驅動的。在此之前人們相信這一場在月球形成后大約10億年(約3到35億年前)消失了。但根據麻省理工學院(MIT)的一項新研究，現在看來，月球的磁場又繼續存在了10億年。

這項名為月球發電機的20億年歷史」的研究最近發表在《科學進展》雜誌上。由魯特格大學(Rutger ' s University)的助理教授、麻省理工學院(MIT)前研究員索尼亞·蒂古(Sonia Tikoo)領導的研究小組，分析了美國宇航局阿波羅15號任務收集的古代月球岩石。他們發現，岩石在1到25億年前形成的磁場中顯示出了存在的跡象。

藝術家關於原地球與忒亞之間碰撞的概念，導致了月球的形成，大約在45億年前。圖片：NASA

這個岩石樣本的年齡意味著它比阿波羅計劃返回的其他國家要年輕得多。研究小組使用他們開發的一種技術，用一個magnometer檢測樣品的玻璃成分，以確定其磁性特性。然後他們將樣本暴露在實驗室產生的磁場和其他類似於月球上的岩石形成的條件下。

這是通過將岩石放置在一個專門設計的氧氣缺乏的烤箱中來完成的，這是在克萊門特·蘇維特(Clement Suavet)和蒂莫西·格羅夫(Timothy Grove)的幫助下建造的，來自麻省理工學院地球、大氣和行星科學(EAPS)的兩名研究人員和研究的共同作者。然後，研究小組將岩石暴露在一個稀薄、無氧的環境中，並將其加熱到極端溫度。

就像EAPS的行星科學教授Benjamin Weiss解釋的那樣：你看看磁化就獲得已知磁場加熱,然後你比較自然磁場你事先測量領域,從那可以找出古代場強…這樣,我們最終得到一個精確的測量月球。由此他們確定月球岩石在一個強度為5微特斯拉的磁場中被磁化。當從表面測量的時候(25 - 65微特斯拉)，這比地球磁場弱很多倍，比3到40億年前還要弱兩個數量級。這些發現非常重要，因為它們可能有助於解開關於月球的持久之謎。

月球的剖面圖，顯示了它的內部差異。圖片：NASA/SSERVI

此前科學家懷疑月球的磁場在月球形成后的15億年(約30億年前)消失了。然而他們不確定這個過程是否迅速發生，或者月球的磁場是否持續，而是處於一個虛弱的狀態。這項研究的結果表明磁場實際上已經持續了幾十億年，大約在25億年前就消失了。

正如Weiss所指出的，這項研究提出了關於月球地質歷史的新問題：移動液態金屬產生的行星磁場的概念，實際上只是幾十年前的想法。這一運動在地球和其他天體上，尤其是月球上的運動，是不太容易理解的。我們可以通過了解月球發電機的壽命來解決這個問題。

換句話說這個新的月球時間軸使人們對月球發電機本身是否能在過去提供動力的理論產生了懷疑。基本上現在人們認為月球的磁場是由兩種機制驅動的。然而在月球形成后的10億年間，在核的核心中有一個可以為它提供動力的發電機而另一個則讓它繼續運轉。

在過去科學家們提出月球發電機是由地球的引力驅動的，這將導致月球內部的潮汐彎曲(這和木星和土星強大的引力推動其衛星內部的地質活動一樣)。此外月球曾經繞地球運行的軌道更近，這可能足以給它曾經更強的磁場提供動力。

然而月球逐漸遠離地球，最終在30億年前到達了現在的軌道。這與月球磁場的時間軸重合，而月球磁場在同一時間開始消散。這可能意味著30億年前如果沒有地球的引力，核心將慢慢冷卻。10億年後它的核心已經固化到它將月球的磁場。

當月球冷卻時它的核心就像熔岩燈一樣——低密度的東西會上升，因為它很熱或者因為它的成分不同於周圍的液體。這就是我們認為地球發電機的工作原理,這就是我們建議後期也做…今天月亮場基本上是零。我們現在知道它在岩石形成和今天之間的某個地方被關閉了。

這些發現在一定程度上要歸功於月球上較年輕的岩石。在未來研究人員正計劃分析更年輕的樣本，以精確確定月球發電機的位置。這不僅有助於證實這項研究的結果，而且還能導致更全面的月球地質歷史。

這些和其他研究的結果，試圖了解月球是如何形成和變化的，這也將有助於我們更好地理解地球、太陽系和太陽系外系統是如何形成的。

作者：Matt Williams

編譯：中子星

審校：博科園

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