作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 月球盆地形成后的等离子流和磁场演变
快照是在撞击后10、50、150和300秒在包含撞击矢量(z方向)、太阳风流(+z方向)和国际货币基金组织(+x方向)的平面中提取的
撞击位置在(x，y，z) = (0，0，1) Rm
左侧面板显示等离子体密度(彩色轮廓)和速度(白色箭头，按速度缩放，指向流动方向)
中间的面板显示磁场大小(彩色轮廓)和矢量(黑色箭头，按大小缩放并指向磁场方向)
右侧面板显示的图表突出显示了控制每个快照的场演变的因素
用U和B标记的箭头分别是太阳风速度和IMF方向
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb1475 月亮、水星和许多陨星母体包含一个磁化的外壳，这通常被认为是一个古老的核心发电机
一个长期的替代假设表明，通过流星体撞击产生的等离子体，行星际磁场和地壳感应场(地壳场)得到了放大
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，罗纳·奥兰和美国地球和行星科学、地球科学和空间科学部门的一个研究小组
S
德国和澳大利亚的研究表明，尽管撞击等离子体可以暂时增强月球内部的磁场，但由此产生的磁场至少弱了三个数量级，不足以解释月球地壳的磁异常
在这项工作中，研究小组使用磁流体力学和撞击模拟以及分析关系来显示核心发电机(而不是由小行星撞击产生的等离子体)是月球上唯一可能的磁化源
月球发电机和月球外壳 流体行星内部感应产生的磁场是通过发电机过程产生的
月球目前缺少一个核心发电机磁场，但在阿波罗时代，科学家已经表明月球外壳含有剩余磁化
据研究，磁化场可能达到几十微特斯拉以上3
然而，560亿年前，最强的月球地壳异常的起源和它们的磁化来源仍然是长期未解之谜
之前的研究暗示月球上存在一种根本不同的非对流发电机机制
更具体地说，小行星撞击产生的超高速可以蒸发和电离月球地壳物质，将等离子体直接释放到风中
由于月球地壳最强和最大的异常直接位于四个年轻的大盆地的对跖点(地理位置)，研究人员假设撞击等离子体吞噬了月球，压缩了行星际磁场(IMF)，导致对跖点的地壳场增强
Oran等人
通过引入碰撞后等离子体和磁场的自洽模型来解释月球内部的场扩散和耗散，以及修正的分析考虑，弥补了现有的差距
为了实现这一目标，该团队将盆地挖掘和蒸汽生成的冲击物理模拟与磁流体力学(MHD)模拟相结合
盆地形成对月球的影响后随时间变化的等离子流和磁场演变
电影展示了在包含撞击矢量(–z方向)、太阳风流(+z方向)和国际货币基金组织(+x方向)的平面中，情况1(基线场景)中描述的撞击后的演变
撞击位置在(x，y，z) = (0，0，1) Rm
左侧面板显示等离子体密度(彩色轮廓)和速度(白色箭头，按速度缩放，指向流动方向)
右侧面板显示磁场强度(彩色轮廓)和矢量(黑色箭头，按强度缩放并指向磁场方向)
学分:科学进步，doi: 10
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abb1475 模拟Imbrium盆地 科学家们使用冲击物理学代码iSALE-2-D来执行撞击盆地形成模拟，这是一个二维(2-D)的多材料、多流变学代码
他们还进行了三维MHD(磁流体力学)模拟，包括月球、太阳风和水蒸气的相互作用
在MHD模拟过程中，奥兰等人
使用块自适应树太阳风罗伊逆风方案(缩写为BATS-R-US)代码，能够模拟电阻体内部的磁场演化
然后，他们聚焦在月亮的Imbrium盆地——也就是传说中的月球人的右眼；通过小行星或原行星碰撞形成
Imbrium的对跖区域目前包含一些从轨道上观察到的最强磁异常
他们模拟了基于冲击器的盆地形成方法，包括蒸汽生成和盆地挖掘
模拟中膨胀的碰撞等离子体产生了一个磁腔，并增强了其外围的行星际磁场，导致风携带的行星际磁场堆积在蒸汽上
模拟最大磁场时的磁场
(一)撞击后50秒的三维视图
中心的球面是月球表面
透明的黄色表面是一个密度为107 cm的等值面，近似于云外围的形状
彩色轮廓显示月球表面以及x-z和y-z平面上的磁场，黑色轮廓显示月球半径Rm中的月球中心距离
选择的视角是为了俯瞰与撞击相反的区域(红十字会)
(二)磁场随时间的变化
(上图)月球内部平均场随时间的变化
(底部)在地壳内部发现的最大磁场(月球半径的上5%)是时间的函数
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abb1475 研究不同影响场景的参数空间 起初，月球的电阻外层破坏磁通量的速度相当于蒸汽膨胀的速度
磁场的损失率与理论估计一致，理论估计有助于从系统中去除磁能
地幔和地壳中磁场的三维扩散使得磁场绕着地核滑动，而不是锚定在地核内
结果没有表明磁能守恒或磁场收敛
这项工作进一步表明，等离子体放大场不能解释地壳磁化，最强的放大发生在月球表面以上
另一个可能限制对跖效应的机制是磁场重联，尽管由于缺乏反平行场的几何结构，这种现象并没有发生
任何推向对极的磁通量要么在月球内部消散，要么被蒸汽平流带走
四种不同撞击场景(情况2、4、6和7)下的等离子体流和磁场演变
图中显示了蒸汽进入MHD模拟后50秒的快照(表S1)
右栏描述了初始条件，其中U和B分别是太阳风速度和国际货币基金组织的方向
(一)对上风侧的影响(案例2)
(二)国际货币基金组织平行于太阳风的流动(案例4)
电导率增强的月球地壳和地幔(案例6)
(四)更冷的蒸汽和更快的风(案例7)
学分:科学进步，doi: 10
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abb1475 Oran等人
模拟了另外七种用于星际磁场探测的选择，包括太阳风速度、撞击位置和撞击云物理特性，以及不同的参数组合
他们使用了几个案例来探索其他撞击位置以及国际货币基金组织和太阳风速度的相对方向
波峰最大的整体放大发生在冲击位置和国际货币基金组织的相对方向与太阳风速度相似的情况下
由于蒸汽膨胀到太阳风中，磁场增强 MHD(磁流体力学)模拟显示了蒸汽膨胀如何增强太阳风携带的行星际磁场，对风形成障碍，导致减速和堆积
国际货币基金组织压缩磁能的来源包括上游风的整体动能，放大的程度与彗星和金星电离层的堆积区域一致，但低于国际货币基金组织对月球上撞击等离子体的压缩比估计
研究小组还发现，地壳的电阻率是抑制月球内部磁场增强的主要因素
如模拟所反映的，磁场演变发生在复杂的结构上，导致从地壳和上地幔移除通量，月球地壳在暴露于磁腔时有效地减少了磁能
这一意想不到的结果是由于撞击后发生的蒸汽膨胀，导致进入的行星际磁场改变方向，并逐渐将月球与行星际磁场磁性隔离
与磁化月球的磁场的古强度相比，最大预测地壳放大磁场
红色箭头表示八种模拟情况中每种情况的最大增强场，每种情况与基线(情况1)相差一两个参数
从左到右，它们是基线模拟(情况1)、月球逆风侧的撞击位置(情况2)、较冷的撞击蒸汽(情况3)、平行于太阳风速度的国际货币基金组织(情况4)、更快的太阳风(情况5)、更高的地壳和地幔电导率(情况6)、更快的太阳风和更冷的撞击蒸汽(情况7)以及没有太阳风流动(情况8)
蓝色实线表示所需的最低古强度
黑色实线表示模拟中使用的初始感应内部磁场(30 nT极限上限)
黑色虚线标记了更合理的初始值(1 nT)，该初始值基于3的真实货币基金组织的矢量平均值
9 Ga前
学分:科学进步，doi: 10
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abb1475 撞击放大磁场假说是月球和其他行星际天体地壳磁化核心发电机起源的主要替代方案
然而，这项工作表明，这种磁场太弱，无法解释阿波罗样品的强烈月球地壳异常和古强度
Oran等人
因此支持月球古地磁作为月球发电机活动记录的建议
如果撞击等离子体是在月球上已经存在的地核发电机场中形成的，那么它们可能仍然是磁化地壳某些区域的可行机制，这种相互作用仍有待磁流体力学模拟的进一步研究
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