摘要：月球表面岩石中隐藏的强磁性信号困扰了科学家近半个世纪。麻省理工学院最新研究揭示，这一谜团的答案可能藏在数十亿年前的一次毁灭性撞击中——当小行星撞击月球时产生的等离子体云暂时放大了月球微弱的磁场，在短短40分钟内将磁性信息永久印刻在岩石中。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250906013457.htm

月球表面岩石中隐藏的强磁性信号困扰了科学家近半个世纪。麻省理工学院最新研究揭示，这一谜团的答案可能藏在数十亿年前的一次毁灭性撞击中——当小行星撞击月球时产生的等离子体云暂时放大了月球微弱的磁场，在短短40分钟内将磁性信息永久印刻在岩石中。

这项发表在《科学进展》杂志上的研究成果，不仅为月球磁场的复杂历史提供了新的解释框架，更为即将到来的月球南极探索任务指明了科学目标。研究团队通过先进的计算机模拟重现了这一古老的宇宙事件，揭示了撞击、等离子体和磁场之间的复杂相互作用。

磁性岩石的双重谜团

自阿波罗任务以来，科学家就面临着一个看似矛盾的现象：月球目前几乎没有全球磁场，但月球岩石样本和轨道测量却显示出强烈的磁性特征，特别是在月球背面的南极区域。这种磁性强度远超月球核心能够产生的微弱磁场所能解释的范围。

传统理论认为，行星磁场主要由内部"发电机效应"产生——熔融核心的对流运动形成电流，进而产生磁场。地球正是通过这种机制维持着强大的磁场。然而，月球的核心相对较小，即使在其早期历史中拥有活跃的发电机，产生的磁场强度也仅约为1微特斯拉，比现今地球磁场弱50倍。

麻省理工学院地球、大气与行星科学系研究生艾萨克·纳雷特指出，轨道探测器测量到的强磁场信号，特别是月球背面的数据，无法仅通过微弱的内源磁场来解释。这促使研究团队探索撞击事件在月球磁性历史中可能发挥的关键作用。

等离子体与磁场的协同效应

一次巨大的小行星撞击可能短暂地增强了月球原本微弱的磁场，留下了磁化岩石，至今仍令科学家们困惑不已。图片来源：Shutterstock

研究团队提出的新模型结合了两个关键因素：月球早期存在的微弱发电机磁场，以及大型撞击事件产生的等离子体效应。当大型小行星撞击月球表面时，巨大的能量会瞬间蒸发撞击点周围的岩石和土壤，形成高温电离气体云。

通过改进密歇根大学开发的等离子体流动模拟代码，研究团队发现，撞击产生的等离子体云会沿着复杂的路径围绕月球流动，最终聚集在撞击点的对面区域。在那里，等离子体的聚集会压缩并显著放大月球原本微弱的磁场，形成局部的强磁场区域。

这种磁场放大效应虽然持续时间极短，但足以对周围岩石产生持久影响。研究显示，从磁场增强到衰减回基线水平的整个过程仅需约40分钟，但这个时间窗口对于岩石磁化过程来说已经足够。

冲击波的关键作用

除了等离子体效应，撞击还会产生另一个关键要素：冲击波。大型撞击会向月球内部发送强烈的压力波，这些地震波会穿越月球内部，在撞击点对面区域汇聚并放大。

麻省理工学院的本杰明·韦斯教授用生动的比喻解释了这一过程："就像把一副52张牌的扑克牌抛到空中，每张牌上都有一根指南针。当牌在强磁场中落回地面时，所有指南针都会重新定向。这本质上就是岩石的磁化过程。"

冲击波的到达时间恰好与等离子体增强磁场的时间重合，形成了完美的磁化条件。冲击扰动了岩石中电子的排列，使其能够重新定向以匹配当时的强磁场方向。随着磁场快速消散，这些电子保持了新的取向，将瞬时的磁场信息永久记录在岩石的晶体结构中。

雨海撞击的线索

研究团队特别关注了雨海盆地形成撞击的可能影响。这个位于月球正面的巨大撞击坑是月球上最大的撞击特征之一，其对面区域恰好是磁性信号最强的月球背面南极地区。这种空间对应关系为研究团队的理论提供了重要支撑。

通过使用科廷大学开发的撞击模拟程序，研究团队重建了类似雨海规模撞击的完整过程。模拟结果显示，这样规模的撞击完全有能力产生足够的等离子体云，在月球背面形成观测到的强磁场增强效应。

值得注意的是，这一新理论并不否定月球早期发电机的存在，而是将撞击效应作为关键的放大机制。研究表明，仅靠撞击产生的磁场或仅靠微弱的内源磁场都无法解释观测现象，只有两者的协同作用才能产生足够强的磁化效应。

未来验证的机会

这一理论的最大价值在于其可验证性。如果月球岩石确实经历了撞击诱发的快速磁化过程，那么这些岩石应该同时保存冲击变质的证据和强磁性特征的组合。

美国宇航局即将启动的阿尔忒弥斯计划为验证这一理论提供了绝佳机会。该计划的目标着陆区域恰好位于月球南极附近——正是模型预测磁性最强的区域。通过直接采样和分析这些区域的岩石，科学家将能够寻找冲击变质和强磁性的同时存在，从而验证撞击增强磁场的理论。

麻省理工学院的罗娜·奥兰教授强调了这一发现的重要性："几十年来，月球磁性一直是一个谜团——究竟是撞击造成的还是发电机造成的？现在我们认为两者都有贡献。这是一个可以验证的假设。"

太阳系形成的新视角

这项研究的意义超越了月球科学本身，为理解早期太阳系的动力学环境提供了新的视角。在太阳系形成初期，大型撞击事件频繁发生，这些事件不仅塑造了行星和卫星的地形地貌，还可能通过类似机制影响了它们的磁场演化。

研究结果表明，撞击事件在行星磁场历史中的作用可能被严重低估。对于其他岩石行星和卫星，类似的撞击-等离子体-磁场相互作用可能同样发生过，这为重新审视火星、水星等天体的磁场历史提供了新的理论框架。

随着计算能力的提升和模拟技术的改进，科学家现在能够以前所未有的精度重建这些古老的宇宙事件。这项研究使用了麻省理工学院的超级云计算平台进行大规模数值模拟，展示了现代计算科学在解决复杂天体物理学问题中的强大能力。

纳雷特总结道："月球磁场的很大一部分之前无法解释，但现在轨道航天器测量的强磁场，特别是月球背面的磁场，大部分都可以通过这一过程来理解。"这一突破不仅解开了困扰科学界40多年的谜团，更为未来的月球探索和行星科学研究开辟了新的方向。

来源：人工智能学家