揭秘！28億年前增強的“月球發(fā)電機”？嫦娥六號再立大功

作者：李傳福 史湘綺

2024年12月20日，中國科學院科研團隊借助嫦娥六號采回的月球背面樣品，深入分析了樣品中蘊含的約28億年前的磁場信息，意外發(fā)現(xiàn)月球磁場強度在該時期可能經(jīng)歷了反彈，這一發(fā)現(xiàn)顛覆了此前關(guān)于月球磁場在約31億年前急劇下降后便持續(xù)低迷的認知。這不僅標志著人類首次獲取月背古磁場信息，更為揭示“月球磁場發(fā)電機”的時空演化和驅(qū)動機制提供了關(guān)鍵線索。

圖為月球表面磁異常及月球探測任務著陸點分布

地球擁有一個天然的“護盾”——磁場，這得益于地球液態(tài)外核中導電流體的運動，形成了一個強大的磁場發(fā)電機。這個磁場像一個巨大的保護傘，將地球緊緊包裹，有效抵御宇宙射線的侵襲，守護著地球的大氣層和水資源等宜居要素，為生命的繁衍生息創(chuàng)造了適宜的環(huán)境。而月球，這個曾經(jīng)與地球有著相似磁場發(fā)電機的天體，其磁場演化歷程一直備受科學家關(guān)注。探究月球磁場發(fā)電機的奧秘，不僅能幫助我們深入了解月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和熱歷史，還能為揭示月球表面環(huán)境的變遷提供重要依據(jù)。

根據(jù)衛(wèi)星觀測和月表實測數(shù)據(jù)，目前月球已無全球偶極磁場。然而，通過對阿波羅任務帶回的月球樣品進行古地磁研究，科學家們發(fā)現(xiàn)月球在42億至35億年前曾存在一個活躍的磁場發(fā)電機，其產(chǎn)生的磁場強度可達幾十微特（μT），與現(xiàn)今地球磁場的強度相當。但好景不長，大約在31億年前，月球磁場強度突然下降了一個數(shù)量級，此后便一直維持在幾微特的低強度狀態(tài)。在15億至10億年前，磁場強度再次經(jīng)歷下降，最終在距今10億年后的某個時刻，月球磁場發(fā)電機徹底停止運轉(zhuǎn)。

受限于樣品來源，以往關(guān)于月球古磁場強度的研究主要集中在30億年前，對月球磁場中晚期的演化過程了解甚少。而且，所有已有的數(shù)據(jù)均來自月球正面的樣品，對于月球背面的古磁場情況幾乎一無所知。這導致了關(guān)于月球磁場持續(xù)時間、幾何形態(tài)和驅(qū)動機制等問題存在諸多爭議。例如，有學者認為月球發(fā)電機難以長期存在，可能僅在月球形成初期的1億至2億年間發(fā)揮作用。

嫦娥六號任務的實施，打破了這一僵局。它首次實現(xiàn)了月球背面的采樣，從南極-艾特肯盆地內(nèi)的阿波羅撞擊坑（41.64°S, 153.99°W）帶回了珍貴的月背樣品。這些樣品的玄武巖主期次噴發(fā)年齡為28億年，恰好處在月球磁場演化的關(guān)鍵年齡空窗期，為科學家們研究月球發(fā)電機的時空演化提供了絕佳契機。

圖為嫦娥六號玄武巖巖屑圖像。a-d，體式顯微鏡照片；e-h，玄武巖巖屑的CT切面圖像

中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所朱日祥院士和蔡書慧副研究員等科研人員，聯(lián)合中國科學院國家天文臺的研究團隊，對嫦娥六號帶回的4顆毫米級玄武巖巖屑樣品開展了細致的磁學研究。這些玄武巖巖屑記錄了樣品冷卻過程中的磁場信息，是研究古磁場強度的理想材料。研究結(jié)果顯示，這些樣品中記錄的古磁場強度約為5–21 μT（中值約為13 μT）。

這一結(jié)果與之前的研究大相徑庭，它揭示了月球磁場在28億年前可能發(fā)生了反彈，這意味著月球發(fā)電機在早期急劇下降后，或許曾重新激活。這種激活可能是由于發(fā)電機的主要能量來源發(fā)生了變化，或者是其初始驅(qū)動機制得到了再次增強。在對比不同發(fā)電機模型的模擬結(jié)果后，嫦娥六號玄武巖記錄的古磁場強度與基底巖漿洋模型產(chǎn)生的場強最為吻合，但也不能完全排除進動發(fā)電機的貢獻，同時其他機制（如內(nèi)核結(jié)晶）也可能為月球發(fā)電機提供了額外的能量。

嫦娥六號任務的圓滿成功和這一重大科研成果的發(fā)布，不僅為我們帶來了珍貴的月球背面古磁場數(shù)據(jù)，還為月球磁場發(fā)電機的研究開啟了新的篇章。未來，隨著更多月球探測任務的推進和科學家們的不懈努力，我們有望進一步揭開月球磁場的神秘面紗，為人類對月球乃至整個太陽系的探索貢獻更多的智慧和力量。