如果有機(jī)會(huì)登上月球，你會(huì)發(fā)現(xiàn),，在那里即使帶上指南針,，也找不到北了。這是因?yàn)楝F(xiàn)在的月球幾乎沒(méi)有磁場(chǎng),。

然而,，情況并非一直如此。最近一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的研究認(rèn)為,，月球曾經(jīng)有過(guò)強(qiáng)大的磁場(chǎng),，大約在距今15億至10億年的這段時(shí)間里，月球內(nèi)部“發(fā)電機(jī)”停止了工作,，導(dǎo)致其內(nèi)稟磁場(chǎng)逐漸消失,。

所謂內(nèi)稟磁場(chǎng)，是指行星內(nèi)部自發(fā)生成,、保持和改變的磁場(chǎng),。如此古老且蹤跡難覓的月球磁場(chǎng)，科學(xué)家是如何“追查”到的,？月球內(nèi)部“發(fā)電機(jī)”是如何運(yùn)轉(zhuǎn)和演變的,？研究古老的月球磁場(chǎng)能回答哪些科學(xué)問(wèn)題？

如何探尋古老的月球磁場(chǎng)

眾所周知,，我們的地球擁有強(qiáng)大的磁場(chǎng),。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)侵襲地球時(shí),，由于磁場(chǎng)的阻擋，地球周圍會(huì)形成一個(gè)巨大的“隱形殼體”——磁層,，阻擋了絕大部分太陽(yáng)風(fēng)等離子體進(jìn)入地球,，這不僅能防止我們的大氣層被太陽(yáng)風(fēng)剝離，也對(duì)地球生物形成了有效的保護(hù),。

磁場(chǎng)的重要性不言而喻,。月球是一個(gè)類似地球的固體行星類天體，月球磁場(chǎng)自然也是行星科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)之一,。過(guò)去數(shù)十年的探測(cè)和觀測(cè)發(fā)現(xiàn),，當(dāng)今月球整個(gè)月面的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度小于0.2微特斯拉，表明其目前要么根本不存在全球分布的磁場(chǎng),，要么僅僅存在一個(gè)極端微弱的全球磁場(chǎng),。

同時(shí)，探測(cè)也發(fā)現(xiàn)月球存在著明顯的月殼磁場(chǎng)強(qiáng)度異常分布,。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員平勁松介紹,，探測(cè)和研究月球磁場(chǎng)的方式主要有兩類，一類是通過(guò)繞月衛(wèi)星和著陸器攜帶的磁力儀和電子反射譜儀等設(shè)備探測(cè)月殼現(xiàn)存的剩余磁場(chǎng)空間分布,；另一類是對(duì)阿波羅探月計(jì)劃采集的月面巖石樣品進(jìn)行分析,，獲得剩余磁場(chǎng)信息和撞擊時(shí)代信息，推斷早期月球磁場(chǎng)的存在和演化特性,。

其中,，使用巖石樣品研究磁場(chǎng)是地球物理場(chǎng)檢測(cè)分析的經(jīng)典技術(shù)之一，在古地磁研究中也經(jīng)常用到,。早在1971年,，科學(xué)家們就對(duì)阿波羅11號(hào)采樣得到的兩塊月巖樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室分析，確認(rèn)了月球巖石樣品中存在微弱剩余磁場(chǎng),，并排除了巖石長(zhǎng)期暴露在地球磁場(chǎng)中而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)的可能性,。

“月球火成過(guò)程中的噴發(fā)物質(zhì)冷卻凝結(jié)時(shí)，構(gòu)成月球巖石的微粒與當(dāng)時(shí)月球磁場(chǎng)方向保持一致,。被凍結(jié)在這些數(shù)十億年的巖石中,，保留了當(dāng)時(shí)月球磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向等物理信息?！逼絼潘山忉尩?。

月球磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)的特性截然不同，使得月球磁異常的起源成了一個(gè)極重要的,、存有爭(zhēng)議的月球科學(xué)問(wèn)題,。學(xué)界一般認(rèn)為，繞月衛(wèi)星觀測(cè)到的月殼微弱磁場(chǎng)和月球磁異常源于月殼在一定磁場(chǎng)環(huán)境中的自然剩余磁化，有理由推測(cè)在月球誕生后的演化早期存在類似地球的內(nèi)稟磁場(chǎng),，比如存在一個(gè)早期的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng),。

“上面提到的兩類對(duì)月球磁場(chǎng)的探測(cè)研究都推斷認(rèn)為，月球在距今40億年前左右,，出現(xiàn)過(guò)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng),。”平勁松指出,。

月球內(nèi)部“發(fā)電機(jī)”怎么運(yùn)轉(zhuǎn)演變

發(fā)電機(jī)理論,，是解釋天體磁場(chǎng)成因的假說(shuō)之一。依照該理論,，天體內(nèi)核有著溫度很高的液態(tài)金屬物質(zhì),，它們?cè)谘h(huán)活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流，進(jìn)而形成磁場(chǎng),。電流越大,，形成的磁場(chǎng)就越強(qiáng)。

“發(fā)電機(jī)機(jī)制是行星產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵,，月球?yàn)榭茖W(xué)家提供了探索中等尺度類地行星天體發(fā)電機(jī)演化和壽命的絕佳機(jī)會(huì),。”平勁松指出,。

有研究認(rèn)為,，月球的首次發(fā)電機(jī)效應(yīng)可能在40億年前產(chǎn)生了強(qiáng)大的磁場(chǎng),。在距今約42.5億到35.6億年間,，月球表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度在20—110微特斯拉之間，最大強(qiáng)度約為地球當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度的兩倍,。由此可見,，月球內(nèi)部“發(fā)電機(jī)”一度很強(qiáng)大，其壽命也相當(dāng)長(zhǎng),。

如此強(qiáng)大的“發(fā)電機(jī)”是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的,？平勁松解釋道，月球早期的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)類似地球的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng),，是含有金屬的液態(tài)巖漿核在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流的產(chǎn)物,，月球磁場(chǎng)對(duì)保護(hù)月面免受太陽(yáng)風(fēng)侵襲起到過(guò)重要的作用。

在月球早期歷史中,，強(qiáng)大磁場(chǎng)可以保護(hù)月球表面不受太陽(yáng)風(fēng)的影響,，阻止表面被快速風(fēng)化，同時(shí)避免月球土壤中包含大量來(lái)自太陽(yáng)氣體的成分,。在這之后,，月球磁場(chǎng)強(qiáng)度開始減弱，大約在31.9億年前時(shí)已經(jīng)下降了至少一個(gè)數(shù)量級(jí),。

對(duì)月球“發(fā)電機(jī)”的成因,，還有另一種推測(cè),。有行星科學(xué)家認(rèn)為，在巖漿海時(shí)代后期,，月球上曾經(jīng)存在很多質(zhì)量比較輕而且流動(dòng)著的熔巖,，這些熔巖在飄往月球表面的時(shí)候留下了很多放射性元素。這些元素衰變后散發(fā)大量的熱讓月球內(nèi)核以及周圍的物質(zhì)和月球表面形成了對(duì)流,，對(duì)流產(chǎn)生感應(yīng)電流,，從而產(chǎn)生了月球磁場(chǎng)，隨著放射性元素的衰竭,，月球內(nèi)核逐漸冷卻下來(lái),，磁場(chǎng)也就跟著消失了。

事實(shí)上,，目前對(duì)于月球“發(fā)電機(jī)”的形成和演變機(jī)制尚無(wú)定論,。新近的研究認(rèn)為，早期的月球軌道更加接近地球,，導(dǎo)致月球內(nèi)核液體出現(xiàn)潮汐力矩?cái)_動(dòng),，類似于地球液態(tài)核的運(yùn)行方式，產(chǎn)生了為磁場(chǎng)提供動(dòng)力的發(fā)電機(jī)效應(yīng),。之后地球和月球之間的距離不斷增加,，潮汐力矩?cái)_動(dòng)減弱，核結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)過(guò)程可能變得更加顯著,。

“在這個(gè)過(guò)程中,，月球中心含鐵鎳的固體內(nèi)核逐漸形成，并與周邊黏性液體物質(zhì)存在不同步的轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌產(chǎn)生了磁場(chǎng),。當(dāng)月球內(nèi)核完全結(jié)晶形成而脫離外部物質(zhì),，驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的‘內(nèi)部發(fā)電機(jī)’就停止了工作?！逼絼潘山榻B道,。

月球磁場(chǎng)里藏著哪些線索

隨著研究的逐漸深入，人們對(duì)月球磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)也在不斷刷新,。在了解磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí),，科學(xué)家正在嘗試使用阿波羅號(hào)獲取的月球巖石樣本測(cè)量遠(yuǎn)古時(shí)期月球磁場(chǎng)的方向,，從而構(gòu)建出月球磁場(chǎng)的原始方位,。

除了加深對(duì)月球磁場(chǎng)本身的了解以外,，相關(guān)探測(cè)研究還將有助于回答哪些科學(xué)問(wèn)題？

在平勁松看來(lái),，對(duì)月球磁場(chǎng)特性的研究不僅可以幫助人們了解認(rèn)識(shí)月球的演化歷史和過(guò)程，還能借此舉一反三,，為研究其他類地行星如何在演化過(guò)程中失去了磁場(chǎng),，以及未來(lái)地球磁場(chǎng)的走向提供線索,。

不只是月球,，太陽(yáng)系內(nèi)的火星和金星也沒(méi)有磁場(chǎng),。通過(guò)對(duì)火星磁化隕石的定年，科學(xué)家認(rèn)為火星發(fā)電機(jī)作用大約在39億年前就已經(jīng)停止,，而其動(dòng)力來(lái)源,、產(chǎn)生的磁場(chǎng)形態(tài)與消失原因，目前還沒(méi)有定論,。

金星與地球大小相近，和地球的距離也相對(duì)比較近,。他倆還有很多其他相似的地方,，因此有時(shí)候被稱為“孿生”星球,。但兩顆行星的大氣層和磁場(chǎng)卻截然不同。大家都很好奇,，金星為什么沒(méi)有磁場(chǎng)，“轉(zhuǎn)得慢”或許是原因之一,。

如果說(shuō)火星、金星還相對(duì)遙遠(yuǎn),。把目光拉近一些，我們身處的地球是否有一天也會(huì)失去磁場(chǎng)的庇護(hù)呢,？有研究表明,，近100年來(lái)，地球的磁場(chǎng)正在漸漸削弱,。地球磁場(chǎng)未來(lái)將如何演變,，無(wú)疑關(guān)乎著人類的未來(lái)。

“事實(shí)上,，這也正是比較行星學(xué)的價(jià)值所在,。通過(guò)對(duì)比月球、火星,、金星和地球之間的差異，可以對(duì)地球的演化和宜居環(huán)境的構(gòu)成有更多的了解,，進(jìn)而認(rèn)知生命的起源和人類未來(lái)的命運(yùn),?！逼絼潘芍赋?。