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　　撰文|Kevin Stacey

　　翻譯|魏書豪

　　審校|王昱

　　1968年至1972年，在美國宇航局的阿波羅計劃期間帶回地球的巖石提供了大量關(guān)于月球歷史的信息，但也帶來了一個未解之迷。分析顯示，一些巖石似乎是在強磁場存在的情況下形成的，這種磁場的強度可與地球媲美。但目前還不清楚，這個月球大小的天體是如何產(chǎn)生如此強的磁場的。

　　日前，由布朗大學(xué)地球科學(xué)家主導(dǎo)的研究為月球的磁場之謎提出了一種新的解釋。這項發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上的研究表明，沉入月幔的巨大巖層可能引發(fā)了內(nèi)部對流，從而產(chǎn)生磁場。研究人員說，在月球歷史的最初十億年里，這種過程可能產(chǎn)生了間歇性的強磁場。

　　布朗大學(xué)地球、環(huán)境和行星科學(xué)助理教授Alexander Evans說：“我們對星球核心產(chǎn)生磁場方式的所有認(rèn)知都表明，月球大小的天體應(yīng)該無法產(chǎn)生像地球那樣強的磁場，”他與斯坦福大學(xué)的Sonia Tikoo共同完成了這項研究。“但是，與其考慮如何在數(shù)十億年內(nèi)連續(xù)提供強大的磁場，也許有一種方法可以間歇性地獲得高強度的磁場。我們的模型展示了這是如何發(fā)生的，這與我們對月球內(nèi)部的了解是一致的。”

　　星球通過所謂的“核心發(fā)電機”產(chǎn)生磁場。平緩的熱流會使星球核心熔融金屬對流。不斷攪動的導(dǎo)電材料是磁場產(chǎn)生的原因。這就是地球磁場的形成方式，它保護地球表面免受太陽危險的輻射。

　　如今，月球缺乏磁場，模型表明，月核可能太小，缺乏對流力，無法產(chǎn)生持續(xù)的強磁場。為了讓月核產(chǎn)生強烈的對流攪動，它需要散發(fā)大量的熱量。Evans說，在月球早期，圍繞月核的月幔并不比地核本身冷多少。月核的熱量無處可去，所以月核中沒有多少對流。但這項新的研究顯示了下沉的巖石是如何提供間歇性增強的對流。

　　這些巖石在月球形成的幾百萬年后就開始下沉了。人們認(rèn)為早期月球被熔巖海洋所覆蓋。隨著廣闊的巖漿海洋開始冷卻和凝固，比液態(tài)巖漿密度更大的橄欖石和輝石等礦物沉入底部，而像斜長石等密度較低的礦物則漂浮形成月殼。剩余的液態(tài)巖漿富含鈦以及釷、鈾和鉀等發(fā)熱元素，因此需要更長的時間才能凝固。當(dāng)鈦層最終在月殼下方結(jié)晶時，它比其下方早期凝固的礦物密度更大。隨著時間的推移，鈦地層從下面密度較低的地幔巖石中下沉，這一過程被稱為重力翻轉(zhuǎn)。

　　在這項新的研究中，Evans和Tikoo模擬了這些鈦形成物下沉的過程，以及它們最終到達月球核心時可能產(chǎn)生的影響。該分析基于月球目前的成分和估算出的地幔粘度，表明這些地層可能會分裂成直徑為60公里的“小塊”，并在大約10億年的時間里間歇性下沉。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些小塊最終到達底部時，它們會對月球的核心發(fā)電機帶來很大的震動。由于位于月球地殼下方，鈦層的溫度相對較低，遠(yuǎn)低于核心的約2000至2100攝氏度的溫度。當(dāng)冷卻的小塊下沉后與熱核接觸時，溫差巨大，會驅(qū)動核對流增加，足以使月球表面的磁場與地球磁場一樣強，甚至更強。

　　“你可以把這個過程想象成一滴水打在一個熱煎鍋上，” Evans說?！耙恍┓浅＠涞臇|西接觸到月核，突然釋放大量熱量。這導(dǎo)致地核變得不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生這些間歇性的強磁場?！?/p>

　　研究人員說，在月球存在的最初十億年里，可能有多達100次這樣的冷卻小塊的下沉情況，每一次都可能產(chǎn)生持續(xù)一個世紀(jì)左右的強大磁場。

　　Evans說，間歇性磁模型不僅解釋了阿波羅巖石樣本中發(fā)現(xiàn)的磁場強度，而且還解釋了阿波羅樣品磁場信號差異很大的事實——有些具有強磁特征，而另一些沒有。

　　“這個模型能夠解釋我們在阿波羅樣本中看到的磁場強度和多變性——這是其他模型無法做到的，” Evans說?！斑@也給了我們一些關(guān)于這種鈦材料形成的時間范圍，讓我們對月球的早期演化有了更好的了解?！?/p>

　　Evans說，這個想法也是值得測試的。這意味著月球上應(yīng)該存在一個被這些高強度磁場事件打斷的弱磁場環(huán)境。這在阿波羅巖石中顯而易見。Evans說，雖然阿波羅樣品中的強磁信號非常突出，但從來沒有人真正尋找過較弱的磁場信號。

　　這些弱信號和強信號強力支持了這種新猜想，最終可以終結(jié)月球的磁場之謎。

　　原文鏈接：

　　https：//phys.org/news/2022-01-explanation-moon-half-century-magnetic-mystery.html

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