作者:布朗大学凯文·史黛西
信用:CC0公共领域
1968年至1972年美国宇航局阿波罗计划期间返回地球的岩石提供了大量关于月球历史的信息，但它们也是一个持久谜团的来源
对岩石的分析表明，一些岩石似乎是在强磁场存在的情况下形成的——这种磁场的强度与地球相当
但是还不清楚一个月亮大小的物体是如何产生如此强大的磁场的
现在，由布朗大学地球科学家领导的研究为月球的磁性之谜提出了一个新的解释
发表在《自然天文学》上的这项研究表明，穿过月球地幔下沉的巨大岩层可能产生了产生强磁场的内部对流
研究人员称，在月球历史的前十亿年里，这些过程可能会间歇性地产生强磁场
布朗大学地球、环境和行星科学助理教授亚历山大·埃文斯(Alexander Evans)和斯坦福大学的索尼娅·提库(Sonia Tikoo)是这项研究的合著者，他说:“我们对行星核心如何产生磁场的所有想法都告诉我们，像月球这么大的天体不应该产生像地球这么强的磁场。”
“但是，与其考虑如何在数十亿年内持续为强磁场提供动力，也许有一种方法可以间歇性地获得高强度磁场。”
我们的模型展示了这是如何发生的，这与我们对月球内部的了解是一致的
" 行星体通过所谓的核心发电机产生磁场
缓慢散热导致行星核心的熔融金属对流
导电材料的不断搅动产生了磁场
这就是地球磁场的形成方式——它保护地球表面免受太阳最危险的辐射
月球今天缺乏磁场，其核心模型表明，它可能太小，缺乏对流力，无法产生持续的强磁场
为了让核心有一个强对流搅动，它需要消散大量的热量
埃文斯说，在早期月球的情况下，围绕地核的地幔并不比地核本身冷多少
因为核心的热量无处可去，所以核心中没有太多对流
但是这项新的研究显示了下沉的岩石是如何提供间歇性对流增强的
这些下沉的石头的故事开始于月球形成后的几百万年
在月球历史的早期，它被认为被一片熔岩覆盖
随着广阔的岩浆海洋开始冷却和凝固，比液态岩浆密度更大的橄榄石和辉石等矿物沉入海底，而斜长岩等密度较小的矿物漂浮形成地壳
剩余的液态岩浆富含钛以及钍、铀和钾等产热元素，因此凝固的时间稍长
当这层钛层最终在地壳下面结晶时，它的密度比它下面凝固较早的矿物还要大
随着时间的推移，钛层沉入下面密度较低的地幔岩中，这一过程被称为重力翻转
在这项新的研究中，埃文斯和提库模拟了这些钛结构下沉的动力学，以及它们最终到达月球核心时可能产生的影响
该分析基于月球目前的成分和估计的地幔粘度，显示这些地层可能会分裂成直径小至60公里的团块，并在大约10亿年的时间里间歇性下沉
研究人员发现，当这些小块最终触底时，它们会给月球的核心发电机带来重大震动
钛层位于月球外壳正下方，温度相对较低，远低于核心估计的2600至3800华氏度的温度
当冷的水滴在下沉后与热的核心接触时，温度不匹配会驱动核心对流的增加——足以在月球表面驱动一个与地球一样强甚至更强的磁场
埃文斯说:“你可以把它想象得有点像一滴水打在一个热煎锅上。”
“你有一些非常冷的东西接触到核心，突然大量的热量可以流出
这导致核心中的搅动增加，给你这些间歇性的强磁场
" 研究人员说，在月球存在的头10亿年里，可能有多达100次这样的下沉事件，而且每一次都可能产生持续一个世纪左右的强磁场
埃文斯说，间歇性磁性模型不仅解释了在阿波罗岩石样本中发现的磁性特征的强度，还解释了阿波罗系列中磁性特征差异很大的事实——一些具有强磁性特征，而另一些没有
埃文斯说:“这个模型能够解释我们在阿波罗样本中看到的强度和可变性——这是其他模型无法做到的。”
“这也给了我们一些关于这种钛材料铸造的时间限制，这让我们对月球早期的演化有了更好的了解
" 埃文斯说，这个想法也是完全可以测试的
这意味着月球上应该有一个弱磁场背景，被这些高强度事件打断
这在阿波罗系列中应该是显而易见的
埃文斯说，虽然阿波罗样本中的强磁信号非常突出，但从来没有人真正寻找过较弱的信号
这些弱信号和强信号的存在会给这个新想法一个很大的推动，最终可能会解开月球的磁性之谜
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