据英国科学新闻网站5月23日报道，自从轨道飞行器在月球表面岩石中探测到强磁场的迹象后，科学家几十年来一直对月球的磁性问题感到困惑。月球本身如今没有内禀磁性。现在，麻省理工学院的科学家或许已经解开了这个谜团。他们提出，一个古老的弱磁场与一次生成等离子体的大型撞击结合，可能曾暂时生成一个集中于月球背面的强磁场。

在美国《科学进展》杂志发表的研究论文中，研究人员通过详细的模拟表明，一次撞击——比如一颗体积较大的小行星的撞击——可能生成了一团曾短暂地包裹月球的电离粒子云。这种等离子体绕着月球流动，集中于最初撞击的相反位置。在那里，等离子体与月球的弱磁场相互作用、短暂放大了月球的弱磁场。该地区的岩石有可能已在磁场迅速消失前记录下磁性增强的迹象。

这一系列事件可以解释在月球背面南极附近一个地区探测到的高磁性岩石的存在原因。巧合的是，最大的撞击盆地之一——“雨海”盆地——位于月球近侧恰恰相反的位置。研究人员猜测，无论造成那次撞击的原因是什么，撞击都可能释放出了在他们的模拟中引发了上述情况的等离子体云。

研究论文第一作者、麻省理工学院地球、大气与行星科学系的研究生伊萨克·纳雷特说：“月球磁性的很大一部分仍无法解释。但轨道飞行器探测到的大部分强磁场可以通过这一过程加以解释——尤其是在月球背面。”

与纳雷特合作撰写论文的人包括麻省理工学院的罗娜·奥兰和本杰明·韦斯。

科学家几十年来一直知道月球上有强磁场的残余。执行美国国家航空航天局20世纪60年代和70年代阿波罗任务的宇航员从月球表面采集的样本以及通过轨道飞行器远程采集的月球全球测量数据显示出月球表面岩石中残留磁性的迹象，尤其是在月球背面。

对表面磁性的通常解释是，这是一个由内部“发电机”——一个由剧烈翻腾的熔化物质构成的内核——生成的全球磁场所致。如今的地球通过一个“发电机”过程生成一个磁场。据信，月球曾经也可能是这样，尽管其小得多的内核产生的是一个弱得多的磁场，而这个磁场也许无法解释观测到的高度磁化岩石，尤其是在月球背面。

科学家们多次加以验证的另一种假设涉及一次产生等离子体、从而放大了弱磁场的大型撞击。2020年，奥兰和韦斯通过模拟月球受到的一次大型撞击来验证这一假设，并结合了太阳生成的磁场——这个磁场在延伸至地球和月球时已很微弱。

模拟显示，撞击产生一团等离子体云，其中一些等离子体扩散至太空，其余等离子体则围绕月球流动，并集中在相反那一面。在那里，等离子体压缩并短暂放大了月球的弱磁场。纳雷特说，从磁场被放大到其衰减回基线，整个过程速度非常快——大约40分钟。

这个短暂的窗口期是否足以让周围的岩石记录下这次短暂的磁性增强呢？研究人员说，是的，且另外一种与撞击有关的效应也提供了一些帮助。

他们发现，一次“雨海”盆地级别的撞击会对月球形成类似于地震冲击的压力波。这些波向另一侧汇聚，在那里，冲击会使周围的岩石“颤动”，短暂扰乱岩石的电子——天然地将其自旋朝向外部磁场的亚原子粒子。

研究人员猜测，在撞击产生的等离子体放大月球磁场的同时，这些岩石受到了冲击。随着这些岩石的电子重新稳定下来，它们呈现出一个与曾经短暂存在的强磁场一致的新朝向。

韦斯说：“就好像你把52张扑克牌扔向空中，扔进磁场里，而且每张牌都有一根指南针。这些牌在落回地面后会呈现一个新的朝向。磁化过程本质上就是如此。”

研究人员说，“发电机”与一次大型撞击结合，再加上撞击的冲击波，足以解释月球表面为何有高度磁化的岩石——尤其是在远侧。（编译/裘芳）