月球磁場的信息竟藏在石頭里-世界觀天下

月球表面巖石。 NASA

◎姚 碩 郭良輝

對于月球表面磁場的探測，起源于50多年前的阿波羅任務。自1969年11月降落在月球風暴洋的阿波羅12號開始，阿波羅14號、阿波羅15號以及阿波羅16號均開展了月表磁場測量，探測到不同著陸點表面磁場的磁感應強度從幾納特到300多納特不等，月表磁場隨著時間變化具有幾十納特的擾動，并且在月表和空間測量的磁場矢量隨時間的變化具有趨勢一致性。這些探測結果表明月球已沒有全球內稟磁場，其表面磁場來自巖石剩磁以及太陽風和地球磁層的感應磁場。

【資料圖】

因此，想要驗證月表巖石的磁性，推斷月球磁場的變化過程，需要對返回巖石標本進行直接測量。

目前發現的最年輕的月球巖石標本來自我國嫦娥五號在呂姆克地區采集的月海玄武巖。嫦娥五號任務帶回了1.731千克的月表物質，包括玄武巖碎屑和角礫巖。根據一項發表在《科學》雜志上的最新研究成果，研究人員發現這些標本的年齡在19.63億年至20.20億年。嫦娥五號帶回的年輕巖石的磁性有望檢驗近20億年來月球古磁場的強度或終止時間。

月球磁場“地圖”逐漸精細

從阿波羅任務時期，科學家就開展了繞月衛星在軌磁測以獲得月面更大區域的磁場分布特征，這被稱為全月面磁場測量。然而，阿波羅時期的繞月衛星只能測量到月球南北緯35度以內的月表磁場分布。此外，當時的衛星軌道高度較高，約為100千米，獲得的月表磁場空間分辨率較低。

月球第一幅全球磁異常分布圖是由1998年發射的月球勘探者衛星在距離月球約15—30千米高度處測量完成的，隨著探測區域的增大，更多的月表磁異常區被發現。通過對比月球的表面磁異常圖和地形圖，可以看出磁異常與地質特征沒有清晰的對應關系，月表磁異常廣泛而零散地分布在月球高地、玄武巖月海和盆地區域。只有在月球背面南部區域呈現出磁異常對應雨海、澄海等4個年輕的撞擊盆地。

近幾年，結合月球勘探者衛星和月亮女神探測器的大量高精度在軌磁測，科學家獲得了網格間距達到0.5度的30千米高度處的月表磁異常數據。可以看出，月表磁場散布在月球表面，其中有十余處接近孤立磁異常，水平范圍為幾百千米的尺度，但是月表大部分區域的磁異常非常弱，不足1納特。月球正面最強的兩處磁異常分別位于風暴洋西部的賴納爾伽馬旋渦和笛卡爾山脈，月球背面的最強磁異常區位于南極—艾特肯盆地一帶。

曾經擁有堪比地球的磁場

阿波羅15、16、17號任務帶回了大量巖石標本，20世紀80年代科學家就對這些標本開展了古磁學測量。近十年來隨著測量技術的進步，又開展了對相應標本的重新測量。

如果巖石中的天然剩磁主要為熱剩磁，那么可以依據熱剩磁磁化強度推算古磁場強度。

盡管月球巖石標本和磁性測量數據十分豐富，但是其磁化強度的來源仍然存在爭議。

許多巖石標本都是經歷過多次撞擊的復雜角礫巖，即使沒有經歷撞擊的標本在隨宇航員返回地球的過程中也會受到磁污染。所以大多數月球巖石標本所反映的古磁場強度其實都有很大的不確定性。

根據對月球返回巖石標本的測量結果，不同地質年代的巖石熱剩磁反映了月球古磁場強度的顯著變化。目前認為在42.5億—35.6億年前月球曾具有強度達到幾十微特斯拉（μT）的偶極磁場，在約31.9億年前古磁場陡降至4μT，進入弱偶極場時代。

從30億年前到20億年前這段時期，由于缺乏巖石標本的磁性測量結果，科學家普遍認為該時期月球磁場強度上限不超過5μT，在約8億—19.2億年前，月球古磁場強度可能降至0.1μT以下。考慮到當前地磁場的平均強度約為30μT，科學家推測，月球在36億年前曾經具有與地球相當甚至更強的磁場。

（文章來源于中國國家天文公眾號）

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