作者：李傳福 史湘綺

2024年12月20日，中國(guó)科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)借助嫦娥六號(hào)采回的月球背面樣品，深入分析了樣品中蘊(yùn)含的約28億年前的磁場(chǎng)信息，意外發(fā)現(xiàn)月球磁場(chǎng)強(qiáng)度在該時(shí)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(chǎng)在約31億年前急劇下降后便持續(xù)低迷的認(rèn)知。這不僅標(biāo)志著人類首次獲取月背古磁場(chǎng)信息，更為揭示“月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)”的時(shí)空演化和驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了關(guān)鍵線索。

圖為月球表面磁異常及月球探測(cè)任務(wù)著陸點(diǎn)分布

地球擁有一個(gè)天然的“護(hù)盾”——磁場(chǎng)，這得益于地球液態(tài)外核中導(dǎo)電流體的運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)。這個(gè)磁場(chǎng)像一個(gè)巨大的保護(hù)傘，將地球緊緊包裹，有效抵御宇宙射線的侵襲，守護(hù)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(gè)曾經(jīng)與地球有著相似磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的天體，其磁場(chǎng)演化歷程一直備受科學(xué)家關(guān)注。探究月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)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(cè)和月表實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，目前月球已無全球偶極磁場(chǎng)。然而，通過對(duì)阿波羅任務(wù)帶回的月球樣品進(jìn)行古地磁研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)月球在42億至35億年前曾存在一個(gè)活躍的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)幾十微特（μT），與現(xiàn)今地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度相當(dāng)。但好景不長(zhǎng)，大約在31億年前，月球磁場(chǎng)強(qiáng)度突然下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，此后便一直維持在幾微特的低強(qiáng)度狀態(tài)。在15億至10億年前，磁場(chǎng)強(qiáng)度再次經(jīng)歷下降，最終在距今10億年后的某個(gè)時(shí)刻，月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)徹底停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

受限于樣品來源，以往關(guān)于月球古磁場(chǎng)強(qiáng)度的研究主要集中在30億年前，對(duì)月球磁場(chǎng)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(duì)于月球背面的古磁場(chǎng)情況幾乎一無所知。這導(dǎo)致了關(guān)于月球磁場(chǎng)持續(xù)時(shí)間、幾何形態(tài)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問題存在諸多爭(zhēng)議。例如，有學(xué)者認(rèn)為月球發(fā)電機(jī)難以長(zhǎng)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(hào)任務(wù)的實(shí)施，打破了這一僵局。它首次實(shí)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(chǎng)演化的關(guān)鍵年齡空窗期，為科學(xué)家們研究月球發(fā)電機(jī)的時(shí)空演化提供了絕佳契機(jī)。

圖為嫦娥六號(hào)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(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)嫦娥六號(hào)帶回的4顆毫米級(jí)玄武巖巖屑樣品開展了細(xì)致的磁學(xué)研究。這些玄武巖巖屑記錄了樣品冷卻過程中的磁場(chǎng)信息，是研究古磁場(chǎng)強(qiáng)度的理想材料。研究結(jié)果顯示，這些樣品中記錄的古磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)在28億年前可能發(fā)生了反彈，這意味著月球發(fā)電機(jī)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(jī)的主要能量來源發(fā)生了變化，或者是其初始驅(qū)動(dòng)機(jī)制得到了再次增強(qiáng)。在對(duì)比不同發(fā)電機(jī)模型的模擬結(jié)果后，嫦娥六號(hào)玄武巖記錄的古磁場(chǎng)強(qiáng)度與基底巖漿洋模型產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)最為吻合，但也不能完全排除進(jìn)動(dòng)發(fā)電機(jī)的貢獻(xiàn)，同時(shí)其他機(jī)制（如內(nèi)核結(jié)晶）也可能為月球發(fā)電機(jī)提供了額外的能量。

嫦娥六號(hào)任務(wù)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(chǎng)數(shù)據(jù)，還為月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的研究開啟了新的篇章。未來，隨著更多月球探測(cè)任務(wù)的推進(jìn)和科學(xué)家們的不懈努力，我們有望進(jìn)一步揭開月球磁場(chǎng)的神秘面紗，為人類對(duì)月球乃至整個(gè)太陽系的探索貢獻(xiàn)更多的智慧和力量。