新研究揭示月球岩石磁性之谜：小行星撞击与微弱磁场共同作用

IT之家 5 月 26 日消息，众所周知，月球没有磁场。然而，阿波罗宇航员带回的月球岩石样本，以及在月球远端被轨道探测器观测到的岩石，却出人意料地带有磁性。这一现象多年来一直困扰着科学家们，但如今，美国麻省理工学院（MIT）的一项新研究终于给出了合理的解释。

通过计算机模拟，研究人员发现了一种情况：在古代小行星撞击，加上当时月球微弱的“磁场”的共同作用下，月球磁场短暂增强，时间刚好够附近的岩石捕捉并记录下其磁信号。

该研究的第一作者、麻省理工学院研究生艾萨克・纳雷特（Isaac Narrett）表示：“尽管月球的磁性仍有很大一部分尚未得到解释，但轨道探测器测量到的大部分强磁场都可以通过这一过程来解释，尤其是在月球背面。”

据IT之家了解，这一谜团始于月球样本和卫星数据中显示出的强烈磁性迹象，尤其是在月球背面。通常，行星（包括地球）或卫星的磁性可以通过“发电机机制”来解释，这是一种通过行星内部熔融且导电的物质运动产生全球性磁场的过程。然而，月球的核心较小且较冷，按理说无法产生足够强大的磁场来解释其部分岩石所表现出的磁性。

此前的理论尝试通过假设外部磁场（如太阳磁场）在一次大型小行星撞击事件中被放大来解释这一异常现象。然而，2020 年研究人员对这一想法进行测试时，模拟结果显示太阳磁场实在太弱，无法解释岩石的磁性。

此次研究人员采用了一种不同的方法，他们假设月球曾经拥有一个由内部“发电机”驱动的微弱磁场，强度可能仅为 1 微特，大约是地球磁场强度的五十分之一。接着，他们提出，如果像形成月球巨大陨石坑 —— “雨海盆地”的那次小行星撞击事件，产生了足够强大的高温等离子体云，是否会短暂地增强这一微弱磁场？

借助麻省理工学院的 SuperCloud 计算平台进行高级模拟，研究人员重现了上述场景。他们发现，这样的撞击会将月球表面物质蒸发，形成等离子体云，这些云团环绕月球并集中在月球的背面，也就是高度磁化的岩石被发现的地方。在那里，等离子体云会压缩月球的微弱磁场，使其强度在短时间内得到提升。

然而，模拟显示这种磁场增强只会持续大约 40 分钟。那么，岩石是如何记录下这种持久的磁性特征的呢？研究人员推测，撞击还会向月球内部发送强大的地震波。当这些冲击波在磁场达到峰值时撞击岩石，推动了岩石中的电子，并帮助它们与临时磁场对齐。随着磁场逐渐减弱，电子保持在原位，从而锁定了至今仍存在的磁性记忆。

“数十年来，月球磁性一直存在一个谜题 —— 它是来自撞击还是来自‘发电机’？而我们的研究认为，两者都有，这是一个可验证的假设，这很好。”该研究作者之一、麻省理工学院等离子体物理学家罗娜・奥兰（Rona Oran）说道。

这项研究不仅解开了一个月球谜团，还为研究其他天体上的磁性开辟了新的视角。例如，它表明即使没有强大且持久的磁场，行星或卫星仍可以通过微弱的“发电机”与巨大撞击事件相结合，获得高度磁化的区域。这一机制可能适用于其他行星，如火星或水星，它们目前没有活跃的“发电机”，但显示出斑驳的磁场。此外，通过这种方法，科学家或许能够更多地了解天体的内部结构及其动荡的过去。

不过，目前这项研究完全基于模拟。为了验证他们的理论，研究作者需要从月球背面获取实际的岩石样本，而美国宇航局（NASA）即将开展的阿尔忒弥斯（Artemis）计划或许能够提供这样的机会。

该研究已发表于《科学进展》杂志。

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