20世紀(jì)的月球探測，已經(jīng)為我們解答了許多關(guān)于這顆衛(wèi)星的許多問題，但也帶來了許多新的難題，至今仍未解決。其中一個長期的未解之謎就是月球的磁場：月球現(xiàn)在沒有全球性的磁場，但阿波羅飛船從月球表面采回的樣本和傳回的探測數(shù)據(jù)卻顯示，月球上的一些巖石具有磁性，甚至月球表面大面積區(qū)域都存在強(qiáng)磁性。

從月球帶回的巖石樣本。（圖/OptoMechEngineer/CC BY-SA 4.0）

近期，在一項發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志的研究中，一組研究人員對這種神秘的磁化現(xiàn)象提出了新的解釋：小行星撞擊曾短暫強(qiáng)化了月球早期本就很弱的磁場，這種突然的“磁場增強(qiáng)”被當(dāng)時存在的巖石記錄了下來。

月球磁場簡史

當(dāng)月球還很年輕，與地球的距離約是現(xiàn)在的1/10時，由于最初形成時的高溫和地球引力造成的潮汐擠壓，使得它的內(nèi)部一直處于熔融狀態(tài)。同時，早期月球的自轉(zhuǎn)速度更快，放大了地球潮汐對月球的影響。在大約35.6億年前，這些因素共同驅(qū)動了月球內(nèi)部的“發(fā)電機(jī)效應(yīng)”，形成了磁場。不過，這一磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)不如今天的地球磁場強(qiáng)。隨著月球逐漸冷卻并遠(yuǎn)離地球，磁場也慢慢消失。

但月球過去磁場的痕跡仍然藏在月球表面某些區(qū)域的殘余磁性中。來自20世紀(jì)60至70年代阿波羅任務(wù)帶回的大多數(shù)月球巖石樣本，都表現(xiàn)出一種叫做“天然剩磁”的特征。研究人員認(rèn)為，這些樣本是在一個持續(xù)存在的磁場中冷卻下來，并在此過程中“記錄”了磁場的。還有一些樣本則似乎是在如小行星撞擊等劇烈沖擊壓力的作用下被磁化的。

在過去的二十年里，更多的軌道飛行器對月球整體進(jìn)行的遙感觀測顯示，月球地殼中存在一些寬達(dá)10至100公里的區(qū)域，顯示出比周圍地區(qū)更強(qiáng)的磁異常。而且一些最強(qiáng)的月殼磁異常區(qū)，恰好位于幾個大型撞擊盆地（如危海盆地、雨海盆地、東海盆地和澄海盆地）的對跖點(diǎn)（這些撞擊點(diǎn)正對的月球另一側(cè)）。如此大的區(qū)域范圍表明，它們很可能是在遠(yuǎn)古時期被一個強(qiáng)磁場所磁化的。

圖中的東海盆地（右）和危海盆地（左）都與月球表面磁性增強(qiáng)區(qū)域有關(guān)，這些增強(qiáng)區(qū)域正好位于這些盆地在月球上的對跖點(diǎn)位置。（圖/NASA & Robert Reeves）

然而，月球的核心很小，直徑僅約140千米。對于如此小的核心來說，發(fā)電機(jī)效應(yīng)所能產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，僅為磁化這些大范圍地表區(qū)域所需強(qiáng)度的十分之一。

一個有影響力的解釋

研究團(tuán)隊提出了一種新的可能，能夠在短時間內(nèi)磁化月球地殼的大范圍區(qū)域。在新的研究中，研究人員對災(zāi)難性小行星撞擊原始月球的影響進(jìn)行了建模。

他們的模擬假設(shè)，月球曾有一個由發(fā)電機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生的磁場，強(qiáng)度為1~2微特斯拉，這一強(qiáng)度只有地球磁場的1/50。在此基礎(chǔ)上，撞擊產(chǎn)生的等離子體云會從撞擊點(diǎn)向外擴(kuò)散，并環(huán)繞整個月球傳播。在此過程中，它會攜帶并拖動月球原有的磁場。

隨后，這些等離子體從各個方向匯聚到撞擊點(diǎn)正對的一側(cè)，即對跖點(diǎn)，并在那一帶逐步壓縮磁力線，從而使局部磁場強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。具體來說，模擬結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)入x子體云在撞擊點(diǎn)的對跖點(diǎn)壓縮磁場時，在月球表面上空約700千米處，磁場強(qiáng)度可以最大被放大到180微特斯拉——放大了120倍！盡管磁場在穿過月球表面的過程中有所耗散，但最終在月表的磁場強(qiáng)度仍達(dá)到約43微特斯拉。這股等離子體波可以使放大的磁場持續(xù)數(shù)十分鐘。

如果撞擊發(fā)生在月球的兩極附近，就更容易在其對跖點(diǎn)形成磁場更強(qiáng)的區(qū)域。因為撞擊產(chǎn)生的等離子體云會沿著月球極地區(qū)域原本就存在的磁力線傳播。而赤道地區(qū)的撞擊產(chǎn)生的等離子體云在傳播時則會遇到更多磁性阻力，因此在對跖點(diǎn)集中得沒有那么密集。

研究人員表示，目前軌道飛行器測得的大多數(shù)強(qiáng)磁場，尤其是月球背面上的那些強(qiáng)磁異常，都可以通過這一機(jī)制來解釋。

協(xié)同效應(yīng)

不過，月球磁場仍有許多尚未被解釋的部分。有科學(xué)家質(zhì)疑，這種機(jī)制是否真的足夠強(qiáng)大，能夠在將近40億年后仍然保留月球上的磁性。對此，研究團(tuán)隊認(rèn)為答案是肯定的——但前提是，在等離子體波到達(dá)的同時，還有其他機(jī)制協(xié)同作用，才能實現(xiàn)這種持久的磁化效果。

一次形成巨大撞擊坑的小行星撞擊，會產(chǎn)生在月球內(nèi)部傳播的地震波，這些波最終會在撞擊點(diǎn)的對跖點(diǎn)重新聚焦。此前有科學(xué)家提出，這種來自月球內(nèi)部的“錘擊”可能是導(dǎo)致局部磁化的原因。但過去從未有研究考慮過：月球內(nèi)部的地震波與撞擊產(chǎn)生的外部等離子體云是否可能同時到達(dá)對跖點(diǎn)。

撞擊產(chǎn)生的大量固體碎片最多需要4小時才能抵達(dá)撞擊對跖點(diǎn)，但撞擊產(chǎn)生的等離子體波到達(dá)得更快，幾乎和穿越月球內(nèi)部的地震波同時抵達(dá)。這股強(qiáng)烈的地震波沖擊打亂了巖石中電子的自旋狀態(tài)。而幾乎同時達(dá)到的瞬時增強(qiáng)的磁場峰值，重新定向了電子自旋，使巖石被磁化，留下了我們今天觀測到的磁性。

進(jìn)一步驗證

幾十年來，科學(xué)界一直在爭論月球磁場到底是來自撞擊事件，還是來自發(fā)電機(jī)效應(yīng)?，F(xiàn)在新的研究表明，答案可能是兩者兼有。

研究人員表示，這是一個可以通過實際觀測來檢驗的假說。月球上一些神秘的磁異常區(qū)域位于南極附近，那正是阿爾忒彌斯號月球探測器計劃的著陸點(diǎn)。很快，阿爾忒彌斯將帶回一批珍貴的月球樣本，并有望為這一令人著迷的磁化機(jī)制提供實地驗證的數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家更深入理解月球奇特的磁場來源。

#參考來源：

https://www.astronomy.com/science/asteroids-hitting-the-moon-spiked-its-magnetic-field/

https://news.mit.edu/2025/why-are-some-rocks-on-moon-highly-magnetic-0523

#圖片來源：

NASA/GSFC/Arizona State University