圖片來源：pixabay

　　撰文|Kevin Stacey

　　翻譯|魏書(shu) 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岩石提供了大量關(guan) 於(yu) 月球曆史的信息，但也帶來了一個(ge) 未解之迷。分析顯示，一些岩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(yu) 地球媲美。但目前還不清楚，這個(ge) 月球大小的天體(ti) 是如何產(chan) 生如此強的磁場的。

　　日前，由布朗大學地球科學家主導的研究為(wei) 月球的磁場之謎提出了一種新的解釋。這項發表在《自然·天文學》上的研究表明，沉入月幔的巨大岩層可能引發了內(nei) 部對流，從(cong) 而產(chan) 生磁場。研究人員說，在月球曆史的最初十億(yi) 年裏，這種過程可能產(chan) 生了間歇性的強磁場。

　　布朗大學地球、環境和行星科學助理教授Alexander Evans說：“我們(men) 對星球核心產(chan) 生磁場方式的所有認知都表明，月球大小的天體(ti) 應該無法產(chan) 生像地球那樣強的磁場，”他與(yu) 斯坦福大學的Sonia Tikoo共同完成了這項研究。“但是，與(yu) 其考慮如何在數十億(yi) 年內(nei) 連續提供強大的磁場，也許有一種方法可以間歇性地獲得高強度的磁場。我們(men) 的模型展示了這是如何發生的，這與(yu) 我們(men) 對月球內(nei) 部的了解是一致的。”

　　星球通過所謂的“核心發電機”產(chan) 生磁場。平緩的熱流會(hui) 使星球核心熔融金屬對流。不斷攪動的導電材料是磁場產(chan) 生的原因。這就是地球磁場的形成方式，它保護地球表麵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(chan) 生持續的強磁場。為(wei) 了讓月核產(chan) 生強烈的對流攪動，它需要散發大量的熱量。Evans說，在月球早期，圍繞月核的月幔並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岩石是如何提供間歇性增強的對流。

　　這些岩石在月球形成的幾百萬(wan) 年後就開始下沉了。人們(men) 認為(wei) 早期月球被熔岩海洋所覆蓋。隨著廣闊的岩漿海洋開始冷卻和凝固，比液態岩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。剩餘(yu) 的液態岩漿富含鈦以及釷、鈾和鉀等發熱元素，因此需要更長的時間才能凝固。當鈦層最終在月殼下方結晶時，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(cong) 下麵密度較低的地幔岩石中下沉，這一過程被稱為(wei) 重力翻轉。

　　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(men) 最終到達月球核心時可能產(chan) 生的影響。該分析基於(yu) 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(hui) 分裂成直徑為(wei) 60公裏的“小塊”，並在大約10億(yi) 年的時間裏間歇性下沉。

　　研究人員發現，當這些小塊最終到達底部時，它們(men) 會(hui) 對月球的核心發電機帶來很大的震動。由於(yu) 位於(yu) 月球地殼下方，鈦層的溫度相對較低，遠低於(yu) 核心的約2000至2100攝氏度的溫度。當冷卻的小塊下沉後與(yu) 熱核接觸時，溫差巨大，會(hui) 驅動核對流增加，足以使月球表麵的磁場與(yu) 地球磁場一樣強，甚至更強。

　　“你可以把這個(ge) 過程想象成一滴水打在一個(ge) 熱煎鍋上，” Evans說。“一些非常冷的東(dong) 西接觸到月核，突然釋放大量熱量。這導致地核變得不穩定，從(cong) 而產(chan) 生這些間歇性的強磁場。”

　　研究人員說，在月球存在的最初十億(yi) 年裏，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(chan) 生持續一個(ge) 世紀左右的強大磁場。

　　Evans說，間歇性磁模型不僅(jin) 解釋了阿波羅岩石樣本中發現的磁場強度，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(ge) 模型能夠解釋我們(men) 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。“這也給了我們(men) 一些關(guan) 於(yu) 這種鈦材料形成的時間範圍，讓我們(men) 對月球的早期演化有了更好的了解。”

　　Evans說，這個(ge) 想法也是值得測試的。這意味著月球上應該存在一個(ge) 被這些高強度磁場事件打斷的弱磁場環境。這在阿波羅岩石中顯而易見。Evans說，雖然阿波羅樣品中的強磁信號非常突出，但從(cong) 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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