今天的月球没有磁层。这一点没有争议。但它是否曾经有过，这个问题几十年来一直让行星科学家们意见分歧，阿波罗时代的岩石样本和现代轨道仪器指向了顽固不同的方向。现在，来自苏黎世联邦理工学院、德国航空航天中心和应用地质科学研究所的一组研究人员表示，他们可以解决这场争论，使用的证据来自月球背面一片区域下方埋藏的火山结构，地球上没有人能直接看到。
他们的结论是：月球确实曾经拥有磁发电机。他们主张，证据就在一个名为杜瓦涡旋的微弱表面标记之下，那里似乎有一艘长期休眠的火山被锁定在月球地壳中。
关于缺失磁场的数十年争论
科学家们确信月球目前缺乏全球磁场。分歧在于过去。来自阿波罗样本和轨道飞行器仪器的测量结果已被证明存在分歧，每个数据集都将故事推向不同的方向，因此争论一直在激烈进行，而非得到解决。
部分困难在于磁场只留下间接痕迹。岩石可以记录其冷却并锁定磁化时周围磁场的方向和强度，但这些记录随后会被后来的加热、破裂和轰击所覆盖。解读月球的磁历史意味着要找到数十亿年来完好保存的物质，并将其与对产生它的地质过程的理解结合起来。
月球背面的不寻常区域
这就是杜瓦的用武之地。该特征位于月球背面，南极-艾特肯盆地西北部，这个区域已经因其潜在的水资源而闻名。杜瓦引起关注是因为它似乎同时拥有两个不同的异常——一个磁异常和一个重力异常。
行星地质学家早就知道杜瓦涡旋，并最终将其归类为“隐月海”，这是一个描述隐藏在撞击碎片层下的古代玄武岩沉积物的类别。它还带有“月球涡旋”，这是一种表面标记，看起来像景观上的一道笔触，几乎总是与磁异常同时出现。
杜瓦之所以突出有两个原因。涡旋通常成簇出现，而杜瓦相对孤立。它直接位于一个富含氧化铁、二氧化钛、钍和辉石的地球化学热点之上——这种不寻常的物质集中暗示着下方有某种实质性的东西。
用重力和磁性解读地下
为了弄清楚涡旋和更深地壳之间究竟隐藏着什么，研究人员汇集了来自各种重力和磁传感器的轨道数据，包括GRAIL、月球勘探者和辉夜号携带的传感器。结合这些测量结果，他们能够应用一种称为信息变差的信息论技术来计算数据的“反演”——本质上是根据观测到的信号反向推理，以确定什么样的物体可能产生了这些信号。
由此得到的图像很具体。直接位于杜瓦涡旋下方的地质体宽约60公里，深5至9公里。关键的是，它比周围地形更致密，这正是在轨道读数中产生“重力异常”的原因——而同一个地质体还伴随着强烈的磁化。
- 大小： 直径约60公里，向下延伸5至9公里。
- 密度： 高于周围地壳，产生重力异常。
- 磁性： 强烈磁化，与其上方的涡旋相匹配。
- 数据来源： GRAIL、月球勘探者和辉夜号上的重力和磁传感器。
涡旋下隐藏的火山
一旦团队确定了该物体的大致尺寸和密度，识别就变得更加清晰：杜瓦涡旋直接位于一座埋藏火山之上。该结构几乎肯定在数十亿年内没有喷发过——这是一个幸运的情况，因为喷发很可能会冲刷掉在其上覆盖了几乎同样长时间的细粒风化层。
这种保存正是该地点如此有价值的原因。火山体及其周围的磁化物质似乎逃脱了月球其他地方抹去磁记录的那种破坏，留下了一份相对整洁的月球历史深处条件的档案。
为什么火山能说明发电机问题
将埋藏火山与月球磁过去联系起来的逻辑贯穿于磁化本身。强烈磁化的地壳岩石通常被认为是在磁场存在下冷却时获得了这种特征。如果杜瓦下方的物体既是火山结构又强烈磁化，那么当该物质形成并冷却时存在磁场——在全球尺度上，这种磁场需要月球内部运行一台发电机。
这就是研究人员提出的论点。他们不是依赖单个样本中有争议的读数，而是将一个磁异常与一个具体的、测量过的地质结构联系起来，为发电机假说在月球背面提供了一个物理锚点。如果这一解释成立，那么关于月球是否曾经产生过自己的磁场的长达十年的争论将从开放性问题走向定论。
仍然存在的问题
即使是一个有说服力的答案也会留下许多未解决的问题。发电机究竟在何时运行，运行了多久？磁场与地球相比有多强？最终是什么关闭了它？月球涡旋与其如此可靠伴随的磁异常之间的确切关系是什么——磁性岩石是否保护表面免受太空风化，从而保留了明亮的涡旋图案，还是另有其他过程在起作用？
杜瓦站点也可能成为未来研究的一个有吸引力的目标。它将隐月海、涡旋、地球化学热点和埋藏火山体组合在一个相对紧凑的区域内，使其成为详细遥感活动的自然候选目标，并有可能成为样本返回的目标，从而在实验室中直接检验磁记录。
关键要点
- 月球今天没有磁层，但它是否曾经有过已经争论了几十年。
- 苏黎世联邦理工学院、德国航空航天中心和应用地质科学研究所的一篇新论文认为，月球确实曾经拥有磁发电机。
- 证据集中在杜瓦涡旋，这是南极-艾特肯盆地西北部一个孤立的月球背面特征。
- 来自GRAIL、月球勘探者和辉夜号的重力和磁场数据被结合起来，使用信息变差方法对测量结果进行反演。
- 埋藏的地质体宽约60公里，深5至9公里，比周围环境更致密，并且强烈磁化。
- 研究人员将其识别为一座已休眠数十亿年的埋藏火山，保存了其上方的风化层。
本文基于Universe Today的报道。阅读原文。
Originally published on universetoday.com