几十年来，科学家们一直认为地月系统是大约45亿年前地球和一个火星大小的物体碰撞后形成的。这个理论被称为“巨型撞击假说”，它在一定程度上解释了为什么地球和月球在结构和组成上是相似的。更有趣的是，科学家们还确定，在月球的早期历史中，曾有一个磁气圈，就像今天的地球一样。你可能不会相信，月球也有过和地球一样的磁场？

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磁场的重要性



为什么科学家要研究月球的磁场呢？磁场的重要性不言而喻，正如我们所知，地球磁场对生命至关重要。当入射的太阳风粒子到达地球时，它们会被这个磁场偏转，在地球前面形成一个弓形激波，在地球后面形成磁尾。地球的弓形激波距离地球大约9万公里，厚度大约为100-1000公里。什么是弓形激波呢？它其实是太阳风与行星的磁层顶相遇处形成的激波。



在形成磁尾后，剩下的粒子被沉积在磁极上，在那里它们与我们的大气相互作用，这就导致了极光出现在遥远的北半球和南半球。如果没有这个磁场，地球的大气层在数十亿年的时间里会被太阳风慢慢地刮走，变成一个寒冷、干燥的地方，也就是现在的火星。在42亿到37亿年前，火星上那一层较厚的大气层被耗尽，结果导致火星表面所有的液态水要么消失，要么冻结。

月球确实存在和地球一样的磁场，甚至比地球还要大

近日，由麻省理工学院的研究人员领导的一项新研究表明，在某个时期，月球的磁场实际上可能比地球的强。他们还对这一领域消失的时间进行了缩小到了一个范围，声称这可能发生在大约10亿年前。这些发现有助于解开月球磁场随时间变化的神秘机制。



多年来，科研小组通过对月球岩石的研究证明，大约40亿年前，月球也有一个强度约为100微特斯拉的强磁场，而如今地球的强度约为50微特斯拉，是现在地球磁场的两倍。2017年，他们研究了阿波罗宇航员收集的样本，这些样本的年代可以追溯到大约25亿年前，他们发现了一个更弱的磁场存在，不到10个微特斯拉。

换句话说，月球的磁场在40到25亿年前减弱了5倍，然后在10亿年前完全消失。到底是什么原因到底月球磁场急剧消失呢？科学家推测，可能是月球内部的两个发电机机制导致了这种变化。

月球磁场的消失：发电机制的改变



发电机机制是行星产生磁场的关键，对月球岩石的测量表明，古代月球的液态金属内核产生了一个发电机磁场。更详细地说，科学家认为月球的首次发电机效应可能在40亿年前产生了更强的磁场。然后，在25亿年前，它被另一台发电机所取代，这台发电机虽然寿命更长，但可承受的磁场要弱得多。但是要分析这两种不同机制发电机的诞生过程，我们必须追溯到月球本身的构造上，比如岩石。

曙光：阿波罗岩石

但是到目前为止，获取不到30亿年历史的月球岩石一直是一个相当困难的挑战。不仅是因为登月的困难，最关键的是，40亿年前月球上常见的火山活动在大约30亿年前就停止了。幸运的是，麻省理工学院的研究小组鉴别出了由阿波罗号宇航员获得的两块月球岩石样本，它们是10亿年前的一次撞击造成的。



虽然这些岩石被撞击产生的高温所熔化，然后重新溶解，从而在这个过程中消除了它们的磁性记录，但研究小组能够对它们进行测试，重建它们的磁性特征。首先，他们分析了岩石电子的方向，科学家称之为“小罗盘”，因为它们要么与现有磁场的方向一致，要么在没有磁场的情况下随机出现。

在这两个样本中，研究小组都观察到了后者，这表明岩石是在极弱的磁场中形成的，磁场不超过0.1个微特斯拉甚至更少。随后，科学家采用了一种放射性定年技术，这些结果证实了这些岩石确实有10亿年的历史。

最后，研究小组对样本进行了热测试，以确定它们在撞击时是否能提供良好的磁记录。首先把两个样品放在烤箱里，让它们暴露在高温下，而高温是由撞击造成的。当它们冷却时，科学家们在实验室里将它们暴露在一个人工产生的磁场中，并确认他们能够记录下来。

这些结果证实了该团队最初测量的磁场强度为0.1微特斯拉的数值是准确的，而且到10亿年前，月球磁场的发电机机制可能已经结束了。这个结果令人遗憾，但是磁场本身就是一种朦胧的东西，它弥漫在太空中，就像一个看不见的力场。我们已经证明，产生月球磁场的发电机在15亿至10亿年前的某个地方就已经死亡，而且似乎是以类似地球的方式供电的，这已经是一个重要的突破。

月球发电机机制停止的可能原因

那么月球发电机机制停止是什么缘故呢？科学家认为可能跟核心结晶的理论有关。这一理论认为，随着时间的推移，月球的内核开始结晶，减慢了带电流体的流动，最终阻碍了发电机的运转。



而40亿年前，月球拥有一个更强的的发电机机制，但是寿命较短，科学家认为跟岁差有关，岁差是诞生这个更强的发电机的原因，这个发电机会产生强大的磁场，月球离地球越近岁差影响越大。岁差主要是指代地球，它是指地球自转轴长期进动，引起春分点沿黄道西移，致使回归年短于恒星年的现象，在天文学中亦指一个天体的自转轴指向因为重力作用导致在空间中缓慢且连续的变化。从而导致地球的引力对月球产生更大的影响，导致月球的地幔摆动，并引发地核的活动。



随着月球缓慢地远离地球，岁差效应减弱，产生磁场的发电机也会减弱。大约25亿年前，结晶成为月球发电机持续运转的主要机制，产生的磁场较弱，直到10亿年前外核最终结晶而停止运转。

结论

关于月球磁场的研究不仅可以帮助我们了解月球的演化，也可以帮助我们了解其他行星比如金星和火星这样的行星失去了它们的磁场的后果以及地球如何在某一天失去它自己的磁场的奥秘。最关键的是，更深入地了解发电机和磁场也有助于寻找可居住的系外行星，为人类可持续发展提供一定的参考。
 

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