地球和月球曾經共享一個磁屏蔽，保護了它們的大氣

2020-11-03 十方匯社

半個半億年前，地球表面是一個險惡的熱亂。在生命出現之前很久，溫度一直在灼燒，空氣是有毒的。另外，作為一個蹣跚學步的孩子，太陽以猛烈的爆發和日冕物質拋射的方式猛烈轟炸了我們的星球。被稱為太陽風的帶電粒子流威脅著我們的大氣層。簡而言之，我們的星球無法居住。

但是，相鄰的盾牌可能幫助我們的星球保持了大氣層，並最終發展了生活和宜居環境。美國國家航空航天局（NASA）主導的《科學進展》雜誌上的一項研究說，那個盾牌就是月亮。

美國國家航空航天局首席科學家，新研究的主要作者吉姆·格林說：「月球似乎為抵禦地球的太陽風提供了實質性的保護屏障，這對地球在這段時間內維持大氣層的能力至關重要。」 「當美國宇航局通過阿耳emi彌斯計劃將太空人送入月球時，我們期待對這些發現進行跟進，該計劃將返回南極登月的關鍵樣本。」

月亮的簡史

根據領先的理論，月球是在45億年前形成的，當時我們的星球還不到1億年之久，一個名為Theia的火星大小的物體撞擊到原始地球上。碰撞產生的碎片聚集成月球，而其他殘餘物重新融入了地球。由於重力，月球的存在穩定了地球的自轉軸。那時，我們的星球旋轉得更快，一天僅持續5個小時。

在早期，月亮也更近了。當月球的引力拉動我們的海洋時，水被稍微加熱，並且能量消散了。這導致月球以每年1.5英寸的速度（大約兩個相鄰角點的寬度）離開地球。隨著時間的流逝，這的確增加了。到40億年前，月球離地球的距離是今天的三倍-約80,000英裡，而目前為238,000英裡。在某些時候，月球也被「潮汐鎖定」，這意味著地球只能看到它的一側。


科學家曾經認為月球永遠不會有持久的全球磁場，因為它的核心很小。磁場會使電荷沿著看不見的線移動，並在兩極向月球下彎。科學家們很早就知道地球的磁場，這種磁場在北極和南極地區形成了色彩豔麗的極光。液態鐵和鎳的運動深入地球內部，由於地球地層遺留的熱量而仍在流動，它產生的磁場構成了圍繞地球磁層的保護性氣泡。

但是由於對來自阿波羅任務的月球表面樣本的研究，科學家們發現月球曾經也有一個磁層。數十年來一直被密封並最近使用現代技術進行分析的樣品的證據繼續增多。

像地球一樣，來自月球地層的熱量會使鐵一直向內部深處流動，儘管由於它的大小，時間不長。

格林說：「這就像烤蛋糕：將其從烤箱中取出，它仍在冷卻。」 「質量越大，冷卻時間越長。」


磁屏蔽

這項新研究模擬了大約40億年前地球和月球的磁場的行為。科學家創建了一個計算機模型，以研究各自軌道上兩個位置處的磁場行為。

科學家們寫道，在某些時候，月球的磁層將成為對降落在月球系統上的強烈太陽輻射的屏障。這是因為，根據該模型，月球和地球的磁層將在每個物體的極性區域中磁連接。對於地球演化而言，重要的是，高能太陽風粒子無法完全穿透耦合的磁場並剝奪大氣層。

但是也有一些大氣交換。太陽發出的極端紫外線會使地球最上層大氣中的中性粒子剝離電子，使這些粒子帶電，並使它們沿著月球磁場線傳播到月球。這可能也有助於當時的月球保持稀薄的氣氛。月球巖石樣品中氮的發現支持這樣一種觀念，即以氮為主的地球大氣促成了月球的古代大氣及其地殼。

科學家計算得出，這種共享的磁場情況可能在4.1到35億年前一直存在，而地球和月球的磁層結合在一起。

「了解月球磁場的歷史不僅可以幫助我們了解可能出現的早期大氣，還可以了解月球內部的演變過程，」美國宇航局副首席科學家兼研究報告的合著者戴維·德雷說。「它告訴我們月球的核心可能是什麼樣子-在其歷史的某個時刻可能是液態和固態金屬的結合-這是月球如何在內部運行的難題中非常重要的部分。」

隨著時間的流逝，隨著月球內部溫度的降低，我們最近的鄰居失去了磁層，最終失去了大氣層。該領域必須在32億年前大為減少，並在15億年前消失。沒有磁場，太陽風將大氣剝奪了。這也是火星失去大氣的原因：太陽輻射將其剝離。

如果我們的月球在關鍵的早期階段起到了保護我們的星球免受有害輻射的作用，那麼類似的話，星系中系外行星周圍可能還會有其他衛星，這些衛星有助於維持其宿主行星的大氣，甚至有助於人類居住科學家說，這種情況。這將對天體生物學領域感興趣-研究生命起源和尋找地球以外的生命。

人類的探索可以告訴我們更多

這項建模研究提出了有關地球和月球的古代歷史如何有助於保護地球早期大氣的想法。難以弄清神秘而複雜的過程，但是從月球表面獲得的新樣本將為神秘提供線索。

當NASA計劃通過Artemis計劃在月球上建立可持續的人類存在時，可能會有很多機會來檢驗這些想法。當太空人從月球南極返回第一批樣本時，那裡的月球磁場與地球和月球之間的聯繫最為緊密，科學家們可以尋找地球古代大氣的化學特徵，以及通過撞擊流星傳遞的揮發性物質（例如水）和小行星。科學家對南極極地的數十億年之內根本沒有任何陽光的區域（「永久陰影區域」）特別感興趣，因為苛刻的太陽能粒子不會清除揮發物。

例如，氮氣和氧氣可能已經沿著磁場線從地球移動到月球，並被困在了這些巖石中。

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