◎姚碩 郭良輝

　　對(duì)于月球表面磁場(chǎng)的探測(cè)，起源于50多年前的阿波羅任務(wù)。自1969年11月降落在月球風(fēng)暴洋的阿波羅12號(hào)開始，阿波羅14號(hào)、阿波羅15號(hào)以及阿波羅16號(hào)均開展了月表磁場(chǎng)測(cè)量，探測(cè)到不同著陸點(diǎn)表面磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從幾納特到300多納特不等，月表磁場(chǎng)隨著時(shí)間變化具有幾十納特的擾動(dòng)，并且在月表和空間測(cè)量的磁場(chǎng)矢量隨時(shí)間的變化具有趨勢(shì)一致性。這些探測(cè)結(jié)果表明月球已沒有全球內(nèi)稟磁場(chǎng)，其表面磁場(chǎng)來(lái)自巖石剩磁以及太陽(yáng)風(fēng)和地球磁層的感應(yīng)磁場(chǎng)。

　　因此，想要驗(yàn)證月表巖石的磁性，推斷月球磁場(chǎng)的變化過程，需要對(duì)返回巖石標(biāo)本進(jìn)行直接測(cè)量。

　　目前發(fā)現(xiàn)的最年輕的月球巖石標(biāo)本來(lái)自我國(guó)嫦娥五號(hào)在呂姆克地區(qū)采集的月海玄武巖。嫦娥五號(hào)任務(wù)帶回了1.731千克的月表物質(zhì)，包括玄武巖碎屑和角礫巖。根據(jù)一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的最新研究成果，研究人員發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)本的年齡在19.63億年至20.20億年。嫦娥五號(hào)帶回的年輕巖石的磁性有望檢驗(yàn)近20億年來(lái)月球古磁場(chǎng)的強(qiáng)度或終止時(shí)間。

　　月球磁場(chǎng)“地圖”逐漸精細(xì)

　　從阿波羅任務(wù)時(shí)期，科學(xué)家就開展了繞月衛(wèi)星在軌磁測(cè)以獲得月面更大區(qū)域的磁場(chǎng)分布特征，這被稱為全月面磁場(chǎng)測(cè)量。然而，阿波羅時(shí)期的繞月衛(wèi)星只能測(cè)量到月球南北緯35度以內(nèi)的月表磁場(chǎng)分布。此外，當(dāng)時(shí)的衛(wèi)星軌道高度較高，約為100千米，獲得的月表磁場(chǎng)空間分辨率較低。

　　月球第一幅全球磁異常分布圖是由1998年發(fā)射的月球勘探者衛(wèi)星在距離月球約15—30千米高度處測(cè)量完成的，隨著探測(cè)區(qū)域的增大，更多的月表磁異常區(qū)被發(fā)現(xiàn)。通過對(duì)比月球的表面磁異常圖和地形圖，可以看出磁異常與地質(zhì)特征沒有清晰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，月表磁異常廣泛而零散地分布在月球高地、玄武巖月海和盆地區(qū)域。只有在月球背面南部區(qū)域呈現(xiàn)出磁異常對(duì)應(yīng)雨海、澄海等4個(gè)年輕的撞擊盆地。

　　近幾年，結(jié)合月球勘探者衛(wèi)星和月亮女神探測(cè)器的大量高精度在軌磁測(cè)，科學(xué)家獲得了網(wǎng)格間距達(dá)到0.5度的30千米高度處的月表磁異常數(shù)據(jù)�？梢钥闯觯�月表磁場(chǎng)散布在月球表面，其中有十余處接近孤立磁異常，水平范圍為幾百千米的尺度，但是月表大部分區(qū)域的磁異常非常弱，不足1納特。月球正面最強(qiáng)的兩處磁異常分別位于風(fēng)暴洋西部的賴納爾伽馬旋渦和笛卡爾山脈，月球背面的最強(qiáng)磁異常區(qū)位于南極—艾特肯盆地一帶。

　　曾經(jīng)擁有堪比地球的磁場(chǎng)

　　阿波羅15、16、17號(hào)任務(wù)帶回了大量巖石標(biāo)本，20世紀(jì)80年代科學(xué)家就對(duì)這些標(biāo)本開展了古磁學(xué)測(cè)量。近十年來(lái)隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，又開展了對(duì)相應(yīng)標(biāo)本的重新測(cè)量。

　　如果巖石中的天然剩磁主要為熱剩磁，那么可以依據(jù)熱剩磁磁化強(qiáng)度推算古磁場(chǎng)強(qiáng)度。

　　盡管月球巖石標(biāo)本和磁性測(cè)量數(shù)據(jù)十分豐富，但是其磁化強(qiáng)度的來(lái)源仍然存在爭(zhēng)議。

　　許多巖石標(biāo)本都是經(jīng)歷過多次撞擊的復(fù)雜角礫巖，即使沒有經(jīng)歷撞擊的標(biāo)本在隨宇航員返回地球的過程中也會(huì)受到磁污染。所以大多數(shù)月球巖石標(biāo)本所反映的古磁場(chǎng)強(qiáng)度其實(shí)都有很大的不確定性。

　　根據(jù)對(duì)月球返回巖石標(biāo)本的測(cè)量結(jié)果，不同地質(zhì)年代的巖石熱剩磁反映了月球古磁場(chǎng)強(qiáng)度的顯著變化。目前認(rèn)為在42.5億—35.6億年前月球曾具有強(qiáng)度達(dá)到幾十微特斯拉(μT)的偶極磁場(chǎng)，在約31.9億年前古磁場(chǎng)陡降至4μT，進(jìn)入弱偶極場(chǎng)時(shí)代。

　　從30億年前到20億年前這段時(shí)期，由于缺乏巖石標(biāo)本的磁性測(cè)量結(jié)果，科學(xué)家普遍認(rèn)為該時(shí)期月球磁場(chǎng)強(qiáng)度上限不超過5μT，在約8億—19.2億年前，月球古磁場(chǎng)強(qiáng)度可能降至0.1μT以下�？紤]到當(dāng)前地磁場(chǎng)的平均強(qiáng)度約為30μT，科學(xué)家推測(cè)，月球在36億年前曾經(jīng)具有與地球相當(dāng)甚至更強(qiáng)的磁場(chǎng)。

　　(文章來(lái)源于中國(guó)國(guó)家天文公眾號(hào))