人類最了解的地外天體,莫過於月亮了。月球作為地球唯一的永久天然衛星,也是人類首個登陸的地外天體。近些年來,科學家對月亮的孜孜不倦的研究,也發現了月球內部普遍存在水,且比想像的要多得多,但依然存在很大不解之謎,比如它的磁場。
據阿波羅當年測試月球表面時,他們發現月球的磁場差不多是零,可以說指南針到了月球不起作用。而日前一則發表於《科學進展》(Science Advances)的研究論文稱,數十億年前的月球不僅具有自己的磁場,而且強度是地球的兩倍。ps:今天的地球磁場約為50微特斯拉。
地球有自己的磁場,我們日常生活的導航定位是根據地磁場發展而來的,而且因有磁場的存在,也保護了地球生物免遭太陽高能帶電粒子流的傷害,如同一個防護盔甲。但關於地球的磁場是怎麼產生的,是物理界的一大難題。
近幾百年來,科學家提出了很多假說試圖來解釋地球磁場。目前學界認同的地磁起源理論是來自20世紀40年代的「發電機理論(Dynamo theory)」,即是說地球內部存在電流,磁場的來源於核心導電流體的運動。
雖然月球的磁場很弱,但過去科學家們認為,月球磁場的產生方式和地球一樣,可適用於「發電機理論」。不過來自麻省理工學院(MIT)地球大氣和行星科學教授班傑明·魏斯(Benjamin Weiss)領導的團隊對月球磁場的形成提出了2種不同機制。
魏斯說:「磁場是一種瀰漫在太空中的模糊事物,就像一個看不見的力場一樣。我們已經證明,產生月球磁場的『發電機』死於1.5至10億年前,並且似乎是以類似於地球的方式『供電』的。」
那麼月亮是如何失去「防護」呢?
一種是和地球有關。45億年前地球和火星大小的天體碰撞後形成月球。而在40億年前,月球距離地球很近,地球引力影響月球運動,月球也有熔化的內部物質被引力作用被攪動從而產生磁場。團隊分析了阿波羅帶回的玄武巖樣本,發現當時月球的磁場強度達約 100 μT(microtesla,微特斯拉),是目前地球磁場強度的2倍。之後隨著時間流逝,月球冷卻、磁場減弱。
第二種就是,月球越靠近地球,受地球引力的潮汐作用,月球就內部如「咣當咣當」一樣搖晃,與此同時,月球內部的晃動也推動月球遠離地球。大概在25億年前,月球擺脫了地球引力影響,來自於月球核心的鐵礦物質開始結晶。
雖然此時磁場強度僅剩10 μT,但液體變成固體的過程足以使磁場再維持10億年。到約1.5億年前,當月球核心完全結晶,磁場逐漸消散(仍然有微弱但非零)。同時也丟失了它自己的防護盾牌,再無力阻擋太空隕石和太陽的高能帶電粒子、太陽風暴。
團隊表示,當我們發現系外行星是否可以居住時,我們可以把磁場作為重要的考慮因素。目前團隊正在尋找下一步測量月球古老磁場的方向的方法,希望能收集有關月球演化的更多信息。這項研究得到了NASA的部分支持。