带指南针到月球没有用！麻省科学家确定月球磁场大约十亿年前消失

如果你把传统的指南针带到月球上去，很遗憾地告诉你，它几乎没有用。今天的月球上缺少全局磁场， 但是数十亿年前，月球确实存在磁场，而且它甚至可能比今天的地球磁场还强。

科学家认为，月球磁场像地球一样，是由搅动月球的内核所发动的，但是后来内核的搅动及其产生的磁场却逐渐消失了。

现在麻省理工学院和其他机构的科学家已经能够确定月球磁场的终结时间:大约十亿年前。该发现发表在1月1日的《科学进展》杂志上。新的时间排除了月球后期驱动内核搅动的些理论，并且认为当时的磁场是一种特殊的核心结晶在起作用。当月球的内部铁芯结晶时，液体芯的带电流体被迅速搅拌，产生了发电机效应。

磁场是一种弥漫在太空中的模糊事物，就像一个看不见的力场一样。现在科学家们已经证明，产生月球磁场的发电机开始在10亿年前消亡，并且它们似乎是以类似于地球的方式产生电磁效应的。

在过去的几年中，麻省理工学院地球、大气和行星科学教授本杰明·魏斯领导的团队和其他机构团队，在距今40亿年的月球岩石中发现了大约100微特斯拉的强磁场迹象，而我们今天的地球磁场约为50微特斯拉。

2017年魏斯领导的小组研究了美国宇航局从阿波罗项目中收集的岩石样本，从中发现的磁场强度很弱，低于10微特斯拉，并确定其年龄约为25亿年。当时他们的观点是，月球发电机可能有两种运行机制：第一种可能在大约40亿年前更早产生了更强的磁场，然后在至少25亿年前被第二种时间更长的机制所取代，但是该磁场要弱很多。

来自阿波罗任务的大多数磁性研究样本都来自古老的月球岩石，可追溯到大约30亿至40亿年的历史。这些岩石最初作为熔岩喷发到当时年轻尚不久远的月球表面，随着它们的冷却，微观晶粒的排列方式和月球磁场的方向对齐。月亮的大部分表面被此类岩石覆盖，此后一直保持不变，因此完好保存了古代磁场的记录。

但是很难找到磁历史始于30亿年前的月球岩石，因为此时大多数月球火山活动都已停止，所以过去30亿年的月球历史一直是个谜。尽管如此，研究人员还是确定了两个月球样品属于这一时期，这些样品是由宇航员在阿波罗飞行任务期间收集的，它们似乎在10亿年前受到了巨大的冲击，结果熔化后重新成为一体，以至于有关它们古代的磁记录几乎被删除了。

该小组将样品带回实验室，首先分析了每块岩石电子的方向，它们要么沿现有磁场的方向对齐，要么在没有磁场的情况下以随机方向出现。对于这两块月球岩石，研究小组观察到它们都属于后者：电子的随机构型，这表明岩石形成在几乎为零的非常弱的磁场中，不超过0.1微特拉斯。

然后研究小组使用一种放射测年技术确定了这两个样品的年代。并且对样品进行了一系列测试，以查看它们是否确实是好的月球磁场记录者。换句话说，一旦它们受到巨大冲击而重新加热，可以发现它们是否仍然足够敏感，甚至可以在月球上记录一个弱磁场。

为了回答这个问题，研究人员将这两个样品放在烤箱中，并用高温处理以有效消除其磁记录，然后在岩石冷却后将其暴露在实验室中人工产生的磁场中。

结果证实，这两个样品确实是可靠的磁记录器，并且它们最初测量的场强为0.1微特斯拉，准确地代表了十亿年前月球极弱磁场的最大可能值。一个0.1微特斯拉的磁场场太低了，很可能在这时候月球发电效应已经结束了。

新的发现与预期的铁核结晶寿命相吻合，铁核结晶被认为是一种月球发电机机制，该机制可能在月球历史的后期产生弱而长寿的磁场。

魏斯解释说，在铁核结晶之前，一种称为进动的机制可能会产生更强大，但时间持续更短的发电机效应。进动是一种现象，通过这种现象，诸如月球之类的物体的固体外壳靠近诸如地球之类的更大的物体，会随着地球的重力而摆动，这种摆动搅动了铁芯中的液体。

大约40亿年前，婴幼儿时期的月球可能比今天离地球更近，并且更容易受到地球引力的影响。随着月球缓慢移离地球，进洞的作用减弱，从而削弱了发电机制和磁场。魏斯说，大概在25亿年前，铁核结晶成为月球发电机持续运转的主要机制，产生了一个较弱的磁场，随着月球的核心最终完全结晶，磁场逐渐消散。

该研究团队正在寻找测量月球古代磁场方向的方法，希望能收集有关月球演变的更多信息。此项研究在一定程度得到了NASA的支持。

参考：https://news.mit.edu/2019/when-lunar-dynamo-ended-0101