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月亮的磁场可能已经达到了二十亿年

时间:2018-05-15 点击:24 字号:

月球岩石的新测量结果表明,古月亮在其液态金属核心(最里面的红色壳体)中产生了一个发电磁场。结果提出了两种不同机制的可能性 - 一种可能驱使一个更早的,更强大的发电机,另一个使月球的核心慢慢沸腾,直到其寿命结束。

em麻省理工学院的新发现表明,两种机制可能会推动月球古老的搅动,将月球发电机的寿命延长至少10亿年。 / em

来自古代月球岩石的新证据表明,一个活跃的发电机曾经在月球的熔融金属核心内搅动,产生的磁场比以前想象的要长至少10亿年。发电机是地球物体周围磁场的自然发电机,由许多恒星和行星内导电液体的搅动提供动力。

在麻省理工学院和罗格斯大学的研究人员发表的一篇论文中,美国国家航空航天局的阿波罗15号任务收集的月球岩石显示出它形成了1至25亿年前的迹象,约5微特斯拉弱磁场。这比地球当前的磁场弱10倍左右,但仍然比现在的行星际空间场大1000倍。

几年前,同样的研究人员发现了40亿年前的月球岩石,这些岩石形成于大约100 microtesla的更强的地区,并且他们确定该领域的强度在30亿年前急剧下降。当时,研究人员不确定月球的发电机 - 相关的磁场 - 不久之后就消失了,或者在完全消散之前处于弱化状态。

今天报告的结果支持后一种情况:在月球磁场减少后,它仍然持续至少10亿年,现在总共存在至少20亿年。

研究合着者麻省理工学院地球,大气和行星科学系(EAPS)行星科学教授本杰明韦斯说,这种新的延长寿命有助于查明为月球发电机供电的现象。具体来说,这些结果提出了两种不同机制的可能性 - 一种可能驱使更早的,更强大的发电机,另一种使月球的核心慢慢沸腾,直至其寿命结束。

麻省理工学院和罗格斯大学研究人员分析的阿波罗15号月球岩石样品由玄武岩碎片组成,玄武岩碎片通过由陨石撞击熔化而产生的深色玻璃基质焊接在一起。黑色的比例立方体横跨1厘米。

Weiss说:“移动液态金属产生的行星磁场的概念实际上只有几十年的历史。 “地球和其他机构,特别是在月球上的这项议案的力量不明确。我们可以通过了解月球发电机的寿命来了解这一点。“

Weiss的共同作者是主要作者Sonia Tikoo,前麻省理工学院研究生,现任Rutgers助理教授;加州大学伯克利分校的David Shuster; EAPS的ClémentSuavet和Huapei Wang; Timothy Grove,R.R. Schrock地质学教授和EAPS副主任。

阿波罗的玻璃录音机

自从美国宇航局的阿波罗宇航员带回月球表面的样本后,科学家们发现这些岩石中的一部分是对月球古代磁场的准确记录。这些岩石包含成千上万的细小颗粒,就像指南针一样,当岩石在以前结晶时,它们沿着古代的方向排列。这种谷物可以给科学家一个月球古老场强的衡量标准。

直到最近,魏斯和其他人都未能找到比32亿年前年龄更小,可以准确记录磁场的样本。因此,他们只能在3.2至4.2亿年前测量月球磁场的强度。

“问题在于,年龄小于30亿年的月球岩石非常少,因为就在那时,月球冷却下来,火山活动基本停止,并伴随着月球表面形成新的火成岩, “Weiss解释说。 “所以我们没有可以测量的年轻样本来查看在30亿年后是否有一块田地。”

然而,从阿波罗任务带回的一小块岩石不是由古老的月球爆发而是由月球历史后期的小行星撞击形成的。这些岩石从这些冲击的热量中融化,并在由月球磁场确定的方向上再结晶。

魏斯和他的同事们分析了一个这样的岩石,即1971年8月1日从月球沙丘火山口南部边缘收集的阿波罗15样本15498。样品是矿物和岩石碎片的混合物,通过玻璃状基质焊接在一起,其中的颗粒在岩石组装时保存了月球磁场的记录。

“我们发现这种将物体焊接在一起的玻璃材料具有优异的磁记录性能,”Weiss说。

烘烤岩石

该团队确定岩石样品的年龄大约在1至25亿年之间 - 比他们之前分析的样品年轻得多。他们开发了一种技术,通过首先使用非常灵敏的磁力计测量岩石的自然磁性来破译岩石玻璃基质中记录的古代磁场。

然后他们将岩石暴露在实验室中已知的磁场中,并将岩石加热至接近其原来形成的极端温度。他们测量了岩石的磁化随着周围温度的升高而变化。

“你可以看到它在已知磁场中如何被加热,然后将该磁场与事先测得的自然磁场进行比较,从中可以找出古代磁场的强度,”Weiss解释说。

研究人员必须对实验进行一次重大调整,以更好地模拟原始月球环境,特别是其大气层。虽然地球大气中含有大约20%的氧气,但月球只有不可察觉的气体痕迹。与格鲁夫合作,Suavet建造了一个定制的氧气不足的烤箱,用于加热岩石,防止它们生锈,同时模拟岩石最初被磁化的无氧环境。

“通过这种方式,我们终于获得了月球场的精确测量结果,”魏斯说。

从冰淇淋制造商到熔岩灯

从他们的实验中,研究人员确定,在大约1亿至25亿年前,月球有一个相对较弱的磁场,强度约为5微特斯拉 - 比3〜4亿年前的月球场弱两个数量级。 Weiss和他的同事们表明,月球的发电机可能是由两种不同的机制驱动的。

科学家们提出,月球的发电机可能是由地球的引力驱动的。在它的历史早期,月球更接近地球,而地球的引力如此接近,可能已经足够强大,可以拉动和旋转月球的岩石外表。月球的液体中心可能与月球的外壳一起被拖动,在这个过程中产生一个非常强大的磁场。

人们认为,月球在距今约30亿年前可能离地球足够远,因此这种机制可用于发电机的功率不足。这恰好是在月球的磁场强度下降的时候。然后可能会采取不同的机制来维持这个弱化的领域。随着月球离开地球,它的核心可能会经历至少10亿年的缓慢冷却过程而持续低烧。

Weiss说:“月球变冷了,它的核心就像一个熔岩灯 - 低密度的东西会上升,因为它很热,或者因为它的成分与周围的液体成分不同,”Weiss说。 “这就是我们认为地球的发电机起作用的原因,这就是我们建议月球晚期发电机组也在做的事情。”

研究人员计划分析更年轻的月球岩石,以确定发电机何时完全熄灭。

“今天月球的场地基本上是零,”魏斯说。 “我们现在知道它在这块岩石的形成和今天之间的某个地方关闭了。”

这项研究部分由NASA支持。

出版物:Sonia M. Tikoo等人,“为月球发电机创造了20亿年的历史”,Science Advances 2017年8月9日:Vol。 3,没有。 8,e1700207; DOI:10.1126 / sciadv.1700207

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu

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