月球的磁場曾經是地球磁場的兩倍，爲什麼現在都沒了？

幾十年來，科學家們一直認爲地月系統是大約45億年前地球和一個火星大小的物體碰撞後形成的。這個理論被稱爲“巨型撞擊假說”，它在一定程度上解釋了爲什麼地球和月球在結構和組成上是相似的。更有趣的是，科學家們還確定，在月球的早期歷史中，曾有一個磁氣圈，就像今天的地球一樣。你可能不會相信，月球也有過和地球一樣的磁場？不會吧？別急，接着往下看。

磁場的重要性

爲什麼科學家要研究月球的磁場呢？磁場的重要性不言而喻，正如我們所知，地球磁場對生命至關重要。當入射的太陽風粒子到達地球時，它們會被這個磁場偏轉，在地球前面形成一個弓形激波，在地球后面形成磁尾。地球的弓形激波距離地球大約9萬公里，厚度大約爲100-1000公里。什麼是弓形激波呢？它其實是太陽風與行星的磁層頂相遇處形成的激波。

在形成磁尾後，剩下的粒子被沉積在磁極上，在那裡它們與我們的大氣相互作用，這就導致了極光出現在遙遠的北半球和南半球。如果沒有這個磁場，地球的大氣層在數十億年的時間裡會被太陽風慢慢地颳走，變成一個寒冷、乾燥的地方，也就是現在的火星。在42億到37億年前，火星上那一層較厚的大氣層被耗盡，結果導致火星表面所有的液態水要麼消失，要麼凍結。

月球確實存在和地球一樣的磁場，甚至比地球還要大

近日，由麻省理工學院的研究人員領導的一項新研究表明，在某個時期，月球的磁場實際上可能比地球的強。他們還對這一領域消失的時間進行了縮小到了一個範圍，聲稱這可能發生在大約10億年前。這些發現有助於解開月球磁場隨時間變化的神秘機制。

多年來，科研小組通過對月球岩石的研究證明，大約40億年前，月球也有一個強度約爲100微特斯拉的強磁場，而如今地球的強度約爲50微特斯拉，是現在地球磁場的兩倍。2017年，他們研究了阿波羅宇航員收集的樣本，這些樣本的年代可以追溯到大約25億年前，他們發現了一個更弱的磁場存在，不到10個微特斯拉。

換句話說，月球的磁場在40到25億年前減弱了5倍，然後在10億年前完全消失。到底是什麼原因到底月球磁場急劇消失呢？科學家推測，可能是月球內部的兩個發電機機制導致了這種變化。

月球磁場的消失：發電機制的改變

發電機機制是行星產生磁場的關鍵，對月球岩石的測量表明，古代月球的液態金屬內核產生了一個發電機磁場。更詳細地說，科學家認爲月球的首次發電機效應可能在40億年前產生了更強的磁場。然後，在25億年前，它被另一臺發電機所取代，這臺發電機雖然壽命更長，但可承受的磁場要弱得多。但是要分析這兩種不同機制發電機的誕生過程，我們必須追溯到月球本身的構造上，比如岩石。

曙光：阿波羅岩石

但是到目前爲止，獲取不到30億年曆史的月球岩石一直是一個相當困難的挑戰。不僅是因爲登月的困難，最關鍵的是，40億年前月球上常見的火山活動在大約30億年前就停止了。幸運的是，麻省理工學院的研究小組鑑別出了由阿波羅號宇航員獲得的兩塊月球岩石樣本，它們是10億年前的一次撞擊造成的。

雖然這些岩石被撞擊產生的高溫所熔化，然後重新溶解，從而在這個過程中消除了它們的磁性記錄，但研究小組能夠對它們進行測試，重建它們的磁性特徵。首先，他們分析了岩石電子的方向，科學家稱之爲“小羅盤”，因爲它們要麼與現有磁場的方向一致，要麼在沒有磁場的情況下隨機出現。

在這兩個樣本中，研究小組都觀察到了後者，這表明岩石是在極弱的磁場中形成的，磁場不超過0.1個微特斯拉甚至更少。隨後，科學家採用了一種放射性定年技術，這些結果證實了這些岩石確實有10億年的歷史。

最後，研究小組對樣本進行了熱測試，以確定它們在撞擊時是否能提供良好的磁記錄。首先把兩個樣品放在烤箱裡，讓它們暴露在高溫下，而高溫是由撞擊造成的。當它們冷卻時，科學家們在實驗室裡將它們暴露在一個人工產生的磁場中，並確認他們能夠記錄下來。

這些結果證實了該團隊最初測量的磁場強度爲0.1微特斯拉的數值是準確的，而且到10億年前，月球磁場的發電機機制可能已經結束了。這個結果令人遺憾，但是磁場本身就是一種朦朧的東西，它瀰漫在太空中，就像一個看不見的力場。我們已經證明，產生月球磁場的發電機在15億至10億年前的某個地方就已經死亡，而且似乎是以類似地球的方式供電的，這已經是一個重要的突破。

月球發電機機制停止的可能原因

那麼月球發電機機制停止是什麼緣故呢？科學家認爲可能跟核心結晶的理論有關。這一理論認爲，隨着時間的推移，月球的內核開始結晶，減慢了帶電流體的流動，最終阻礙了發電機的運轉。

而40億年前，月球擁有一個更強的的發電機機制，但是壽命較短，科學家認爲跟歲差有關，歲差是誕生這個更強的發電機的原因，這個發電機會產生強大的磁場，月球離地球越近歲差影響越大。歲差主要是指代地球，它是指地球自轉軸長期進動，引起春分點沿黃道西移，致使迴歸年短於恆星年的現象，在天文學中亦指一個天體的自轉軸指向因爲重力作用導致在空間中緩慢且連續的變化。從而導致地球的引力對月球產生更大的影響，導致月球的地幔擺動，並引發地核的活動。

隨着月球緩慢地遠離地球，歲差效應減弱，產生磁場的發電機也會減弱。大約25億年前，結晶成爲月球發電機持續運轉的主要機制，產生的磁場較弱，直到10億年前外核最終結晶而停止運轉。

結論

關於月球磁場的研究不僅可以幫助我們瞭解月球的演化，也可以幫助我們瞭解其他行星比如金星和火星這樣的行星失去了它們的磁場的後果以及地球如何在某一天失去它自己的磁場的奧秘。最關鍵的是，更深入地瞭解發電機和磁場也有助於尋找可居住的系外行星，爲人類可持續發展提供一定的參考。