嫦娥六號(hào)玄武巖樣品磁場(chǎng)記錄揭示28億年前存在相對(duì)活躍的月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)。中國(guó)科學(xué)院供圖
人民網(wǎng)北京12月20日電 (記者趙竹青)12月20日,中國(guó)科學(xué)院專家利用嫦娥六號(hào)采回的月球背面樣品做出的又一項(xiàng)創(chuàng)新成果刊登在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志。研究團(tuán)隊(duì)通過分析樣品中記錄的約28億年前的磁場(chǎng)信息,發(fā)現(xiàn)月球磁場(chǎng)強(qiáng)度可能在該時(shí)期發(fā)生了反彈,與先前認(rèn)為的月球磁場(chǎng)在約31億年前急劇下降且一直處于低能量狀態(tài)不同。這不僅是人類得到的首個(gè)月背古磁場(chǎng)信息,還為我們認(rèn)識(shí)月球磁場(chǎng)演化過程提供了關(guān)鍵錨點(diǎn),進(jìn)而為“月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)”時(shí)空演化和驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了關(guān)鍵約束。
地球液態(tài)外核導(dǎo)電流體的運(yùn)動(dòng)如同一個(gè)“發(fā)電機(jī)”,其產(chǎn)生的磁場(chǎng)像保護(hù)傘一樣包裹著地球,屏蔽宇宙射線,保護(hù)地球的大氣和水等宜居要素,形成適合生命繁衍的環(huán)境。月球也曾有過與地球類似的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)。因此,了解月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的演化過程對(duì)于揭示月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、熱歷史以及表面環(huán)境具有重要意義。
衛(wèi)星觀測(cè)和月表實(shí)測(cè)結(jié)果都顯示現(xiàn)今月球已經(jīng)沒有全球偶極磁場(chǎng)。對(duì)阿波羅返回樣品的古磁場(chǎng)強(qiáng)度研究指示月球在42–35億年存在一個(gè)相對(duì)活躍的發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng),強(qiáng)度可達(dá)幾十微特(μT),接近現(xiàn)今地球磁場(chǎng)水平;該磁場(chǎng)在約31億年前下降了一個(gè)數(shù)量級(jí),之后維持在幾微特的強(qiáng)度;磁場(chǎng)強(qiáng)度在15–10億年再次下降,并最終在距今10億年以后的某個(gè)時(shí)刻,月球發(fā)電機(jī)完全停止工作。由于樣品的局限性,目前發(fā)表的月球古磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)主要集中在30億年前,而月球磁場(chǎng)中晚期演化過程則缺乏約束。并且,已有數(shù)據(jù)均來(lái)自月球正面返回樣品,人們對(duì)月背古磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)基本處于空白。月球古磁場(chǎng)時(shí)空分布信息的缺乏導(dǎo)致關(guān)于月球磁場(chǎng)的持續(xù)時(shí)間、幾何形態(tài)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問題仍存在較大爭(zhēng)議。例如,有學(xué)者對(duì)月球發(fā)電機(jī)持續(xù)時(shí)間的問題提出了完全不同的觀點(diǎn),認(rèn)為月球發(fā)電機(jī)難以長(zhǎng)期存在,或許只能維持在月球形成最初的1–2億年。
嫦娥六號(hào)任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)月背采樣,從南極-艾特肯盆地內(nèi)的阿波羅撞擊坑(41.64°S, 153.99°W)采回了人類首批月背樣品。已報(bào)道的嫦娥六號(hào)樣品玄武巖主期次噴發(fā)年齡為28億年(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李獻(xiàn)華院士團(tuán)隊(duì)和廣州地球化學(xué)研究所徐義剛院士團(tuán)隊(duì)結(jié)果),揭示出這些樣品來(lái)自月球背面并處于關(guān)鍵的年齡空窗期,為認(rèn)識(shí)月球發(fā)電機(jī)時(shí)空演化提供了前所未有的機(jī)遇。
近期,中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所朱日祥院士和蔡書慧副研究員等聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)獲批的4顆毫米級(jí)玄武巖(記錄樣品冷卻過程中的磁場(chǎng)信息,是研究古磁場(chǎng)強(qiáng)度的理想材料)巖屑樣品開展了磁學(xué)研究,結(jié)果顯示樣品記錄的古磁場(chǎng)強(qiáng)度為~5–21μT(中值~13μT)。與此前研究認(rèn)為的月球發(fā)電機(jī)強(qiáng)度在31億年前急劇下降之后可能一直處于低能量狀態(tài)不同,嫦娥六號(hào)玄武巖樣品的古磁場(chǎng)強(qiáng)度結(jié)果揭示月球磁場(chǎng)可能在28億年前發(fā)生反彈,指示月球發(fā)電機(jī)在早期急劇下降后可能重新激活。其原因可能是發(fā)電機(jī)主要能量來(lái)源發(fā)生變化或初始驅(qū)動(dòng)機(jī)制再次增強(qiáng)。對(duì)比不同發(fā)電機(jī)模型模擬結(jié)果,嫦娥六號(hào)玄武巖記錄的古磁場(chǎng)強(qiáng)度與基底巖漿洋模型產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)最為一致,但也不能排除進(jìn)動(dòng)發(fā)電機(jī)的貢獻(xiàn),同時(shí)其他機(jī)制(如內(nèi)核結(jié)晶)也可能為月球發(fā)電機(jī)提供補(bǔ)充能量。
《自然》審稿人指出,這是一項(xiàng)具有高度原創(chuàng)性的研究,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)人類首批月球背面玄武巖進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓诺卮欧治?,提供了高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。其中一位審稿人表示:“這篇論文報(bào)告了月球古磁場(chǎng)在Apollo和Luna采樣未涉及的獨(dú)特時(shí)間和地點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果,填補(bǔ)了月球古磁場(chǎng)記錄中長(zhǎng)達(dá)十億年的空白,并首次提供了來(lái)自月球背面的古磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。作者們完成了一項(xiàng)具有歷史意義的研究,為我們對(duì)月球磁場(chǎng)的新認(rèn)識(shí)做出了重大貢獻(xiàn)?!?/p>
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