每個(gè)星體的磁場(chǎng)都不一樣，

形成的空間環(huán)境也非常獨(dú)特，

因此磁場(chǎng)對(duì)星體的環(huán)境

起了很重要的控制作用。

張輝 · 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所研究員

格致論道第124期|2025年10月25日 北京

我是來自中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所的張輝，非常榮幸，今天能夠在這兒介紹關(guān)于月球磁場(chǎng)方面的一些進(jìn)展。

頭頂一個(gè)球

我的專業(yè)叫空間物理專業(yè)。1998年，我進(jìn)入了北京大學(xué)地球物理系，空間物理是其中一個(gè)專業(yè)。可能很多人對(duì)空間物理并不是特別了解，空間物理研究的是太空里帶電粒子和電場(chǎng)磁場(chǎng)的相互作用，以及它們產(chǎn)生的各類空間環(huán)境效應(yīng)。

空間物理是一個(gè)比較小眾的專業(yè)，像天文這樣比較大眾的專業(yè)大家會(huì)比較了解，兩者有什么區(qū)別呢？有一個(gè)不成文的定義，人類探測(cè)器所能達(dá)到的范圍區(qū)域，是空間物理管的區(qū)域，更遠(yuǎn)就是天文學(xué)管的區(qū)域。

空間物理這個(gè)行業(yè)是被不同國家的衛(wèi)星任務(wù)所牽引的。回想起來，我個(gè)人的科研經(jīng)歷也是和這些衛(wèi)星計(jì)劃緊密地綁在一起。2002年左右，我進(jìn)入研究生的學(xué)習(xí)階段，那時(shí)發(fā)生了一件好事——2000年，歐空局發(fā)射了一個(gè)4顆衛(wèi)星組成的星簇計(jì)劃（Cluster）；2003年，在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的牽引下，中國發(fā)射了第一顆以科研為目的的人造衛(wèi)星，叫雙星計(jì)劃，從而加入到Cluster計(jì)劃。我是2002年進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的，所以有幸可以用這兩組衛(wèi)星的數(shù)據(jù)做科學(xué)研究。

到了2007年，美國也發(fā)射了“一箭五星”，其中的5顆衛(wèi)星按照不同距離排列在地球磁場(chǎng)所控制的范圍，這個(gè)衛(wèi)星計(jì)劃叫THEMIS計(jì)劃。正好這一年，我博士畢業(yè)，所以就有機(jī)會(huì)到加州大學(xué)洛杉磯分校，利用這5顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)做地球磁場(chǎng)相關(guān)現(xiàn)象的研究。

▲NASA的THEMIS衛(wèi)星計(jì)劃（2007)

磁場(chǎng)有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是像彈簧一樣能一張一弛。被拉伸的時(shí)候，它儲(chǔ)存能量，但是松弛的時(shí)候，它就釋放能量。在這樣一張一弛的過程，在空間里加速一些帶電粒子，最終產(chǎn)生極光現(xiàn)象。這是一個(gè)非常好的能量轉(zhuǎn)換過程。

2007年10月份，我到美國進(jìn)行博士后的研究，那時(shí)又發(fā)生了一件大事：中國發(fā)射了嫦娥探月的第一顆衛(wèi)星，就是“嫦娥一號(hào)”計(jì)劃。

▲2007年“嫦娥一號(hào)”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射

到2010年的時(shí)候，這個(gè)計(jì)劃繼續(xù)發(fā)射了第二顆衛(wèi)星，即“嫦娥二號(hào)”探測(cè)計(jì)劃，同時(shí)也宣布了后面一系列的探月工程和嫦娥衛(wèi)星的計(jì)劃。

▲2010年“嫦娥二號(hào)”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射

中國探月進(jìn)行得熱火朝天，美國有點(diǎn)坐不住了。2011年，美國將THEMIS計(jì)劃中最遠(yuǎn)的2顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道，讓其繞著月球旋轉(zhuǎn)，探測(cè)月球磁場(chǎng)以及月球空間環(huán)境的現(xiàn)象。這時(shí)，THEMIS 的5顆衛(wèi)星計(jì)劃還沒有完成，但是導(dǎo)師就讓我轉(zhuǎn)到研究月球空間環(huán)境方面的研究中來，因?yàn)橄鄬?duì)來說研究的人比較少，我們對(duì)月球空間環(huán)境的了解比較少，在各個(gè)國家也是一個(gè)熱點(diǎn)。

事實(shí)上，這時(shí)候中國的嫦娥探測(cè)任務(wù)在國際上掀起了第二波探月高潮。第一波大家都熟悉，是在1958年衛(wèi)星上天以后，美國和蘇聯(lián)競(jìng)賽很快掀起了包括阿波羅計(jì)劃、蘇聯(lián)的Luna在內(nèi)的月球探測(cè)高潮，后面就沉寂了一段時(shí)間。2007年，中國嫦娥計(jì)劃實(shí)施以后，很多國家都在計(jì)劃或者已經(jīng)發(fā)射衛(wèi)星探測(cè)任務(wù)。

2010年，我在這樣的環(huán)境下回到中國科學(xué)院地質(zhì)與地球研究所。當(dāng)時(shí)中國在萬衛(wèi)星院士的推動(dòng)下，積極推動(dòng)行星科學(xué)一級(jí)學(xué)科的建設(shè)與研究。我是研究月球的，我的很多同事在研究太陽系里其他的一些行星，這就形成一個(gè)局面——每個(gè)人頭上都頂著一個(gè)球。

獨(dú)一無二的星體磁場(chǎng)

已完成：30%/////////

太陽系里的這些星體有一個(gè)很重要的控制參數(shù)——行星的磁場(chǎng)。每個(gè)星體的磁場(chǎng)都不一樣，形成的空間環(huán)境也是非常獨(dú)特的，因此磁場(chǎng)對(duì)星體的環(huán)境起了很重要的控制作用。

我們都知道磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，安培定律、畢奧-薩伐爾定律已經(jīng)把電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)的事情說得很透徹了。但是這個(gè)理論有個(gè)很重要的提示，就是電流可以局限在一個(gè)比較小的區(qū)域內(nèi)，但是產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以延伸到無窮遠(yuǎn)的地方。反過來看的話，這就給了我們一個(gè)有效探測(cè)的手段——如果在很遠(yuǎn)的地方探測(cè)到一個(gè)磁場(chǎng)，那么就可以知道電流體系的變化，而電流體系的變化是由物質(zhì)性質(zhì)變化造成的，所以就能知道產(chǎn)生電流所在地的物質(zhì)性質(zhì)。

對(duì)于星體而言，它的磁場(chǎng)雖然都是由電流產(chǎn)生的，但是本質(zhì)來源可能各有不同。比如像地球一類的星體，是由地核里熔融巖漿的動(dòng)力學(xué)過程產(chǎn)生的磁場(chǎng)。而像木星、土星這一類氣態(tài)的行星，是由底層大氣的動(dòng)力學(xué)過程造成的。當(dāng)然，太陽也有自己的磁場(chǎng)，它的磁場(chǎng)是由內(nèi)部熱核反應(yīng)形成的一種等離子體組成的，這種等離子體我們稱之為物質(zhì)第四態(tài)。我們是怎么了解星體磁場(chǎng)的呢？其實(shí)是通過外部磁場(chǎng)去推演內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)過程，從而獲得的信息。

▲左：地球的熔融地核

中：土星的電離大氣

右：太陽的核聚變以及等離子體

磁場(chǎng)在地學(xué)研究里是非常重要的一個(gè)參數(shù)。以地球?yàn)槔厍蛴腥蛐缘摹⑽覀兎Q之為偶極場(chǎng)的磁場(chǎng)，所以地球就像一個(gè)大磁鐵一樣。

磁場(chǎng)有一個(gè)很重要的性質(zhì)，即能夠阻礙帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。太陽時(shí)時(shí)刻刻地向外噴射帶電粒子，也就是太陽風(fēng)。太陽風(fēng)的速度極快，大約一秒鐘400公里到1000公里，也就是從北京到廣州可能一秒鐘就到了。這樣一個(gè)高速流體的運(yùn)動(dòng)如果沖擊到地球的大氣，很可能會(huì)把整個(gè)大氣沖散，地球大氣都沒有了。

如果地球大氣沒有了，那就面臨一個(gè)更嚴(yán)重的問題——射線。各種高能量的粒子、電磁的輻射會(huì)照射到地球上，而大氣正是發(fā)揮了吸收這些高能的粒子或射線的作用，從而保護(hù)地球表面，提供了一個(gè)宜居環(huán)境。

空間站有做一些種子的實(shí)驗(yàn)，把地面的種子拿到400公里以外的中國空間站上。這些種子回地球以后，會(huì)長出來各種奇奇怪怪的一些植物，就是輻射造成的。地面上不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象，否則我們的生物可能會(huì)發(fā)生很多變異。這足可見大氣對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用。

地球磁場(chǎng)是不是一直能夠保護(hù)我們呢？不一定。地球磁場(chǎng)有一個(gè)很重要的現(xiàn)象，叫地磁反轉(zhuǎn)。每隔一兩百萬年，地球磁場(chǎng)的南極和北極就會(huì)在1000年的時(shí)間里漸漸對(duì)調(diào)。在發(fā)生反轉(zhuǎn)的1000年時(shí)間里，磁場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)急劇降低，還會(huì)產(chǎn)生偏離偶極場(chǎng)的小尺度結(jié)構(gòu)，從而不再是一個(gè)偶極場(chǎng)，而是四級(jí)場(chǎng)、八級(jí)場(chǎng)。

我們所的魏勇研究員前些年進(jìn)行過一個(gè)有意思的工作。他通過化石里提取的信息，發(fā)現(xiàn)地球上每次磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，總是會(huì)對(duì)應(yīng)上化石記錄下空氣中的氧含量急劇降低的時(shí)候，同時(shí)，那段時(shí)間的生物多樣性也會(huì)降低。這是否說明，磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減最后造成了生物滅絕呢？這為研究地球上的生物演化提供了一個(gè)全新的思路，以及新的維度，至少是一個(gè)值得考慮的問題。

▲倒轉(zhuǎn)周期與生命演化周期呈現(xiàn)出了奇妙的相關(guān)

現(xiàn)在的地球怎么樣呢？過去的幾百年，我們看到地球的磁場(chǎng)是偏離偶極場(chǎng)，有一些小尺度結(jié)構(gòu)的。其中，最出名的就是南大西洋區(qū)域。這個(gè)地方的磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)異常小的情況。在過去的幾百年范圍內(nèi)，這個(gè)區(qū)域不斷地變化，而且不斷地?cái)U(kuò)大，位置也在擺動(dòng)。這說明地球內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)確實(shí)在發(fā)生變化。

▲南大西洋異常(SAA)

人類有歷史記錄才五千年，但是地球磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)一次就要跨越千年的尺度。在未來千年里，地球磁場(chǎng)會(huì)不會(huì)反轉(zhuǎn)呢？南大西洋的地磁異常是一個(gè)信號(hào)。我們國家也很重視，并在近期發(fā)射了電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星“澳科一號(hào)”，其中對(duì)南大西洋異常區(qū)地磁異常的監(jiān)測(cè)，是一個(gè)很重要的科學(xué)目標(biāo)。

▲中國地震電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星 （后）和澳科一號(hào)（前）

生活在地球是相對(duì)幸運(yùn)的，至少人類存在的時(shí)候有磁場(chǎng)一直在保護(hù)著我們，其他星體可能就沒有那么幸運(yùn)了，比如說我們的姊妹星——火星、金星。它們同樣處于地球的宜居帶里，太陽輻射溫度相對(duì)適宜，可能會(huì)適宜人類生存。但就現(xiàn)狀而言，火星的大氣非常稀薄，已經(jīng)基本沒有大氣了。金星有大氣，但它上面的氫和氧正以2:1的比例在不斷逃逸，也就是說上面的水在不斷地流失。這些現(xiàn)象最直接的原因，就是火星、金星上沒有全球性的磁場(chǎng)，缺少保護(hù)。

對(duì)于我研究的月球而言，情況更為過分。月球沒有全球性的磁場(chǎng)，也沒有大氣，所以我們常說它是一個(gè)“死的星球”。“死的星球”一方面是說星球內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)過程已經(jīng)停止，另一方面是說因?yàn)闆]有大氣和水，所以月球上可能也沒有生物。現(xiàn)在在月球上還沒有找到生物的跡象，至于以后能不能找到，這是未來探索的一個(gè)任務(wù)。

其實(shí)，月球在歷史上是有磁場(chǎng)的。而在形成的早期到10億年前，這個(gè)磁場(chǎng)一直在衰減，這是我們通過阿波羅采回來的樣品得出的結(jié)論。阿波羅采回來的樣品形成于不同的時(shí)期，并在形成的時(shí)候把當(dāng)時(shí)月球的磁場(chǎng)記錄了下來。

▲來源：Cai et al., 2024

我們把測(cè)到的樣品年齡和它所記錄的磁場(chǎng)做了時(shí)間軸排序。我們?cè)菊J(rèn)為，月球磁場(chǎng)在42億年前月球形成的早期最強(qiáng)，隨后一直在衰減（藍(lán)色的線標(biāo)示），但我們從“嫦娥六號(hào)”采集返回的樣品中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)20多億年前形成的樣品記錄了一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，也是磁場(chǎng)的一個(gè)高峰，這就打破了原來的說法。月球內(nèi)部動(dòng)力學(xué)的演化不是一個(gè)一直衰減的過程，可能中間有幾次反復(fù)。這對(duì)月球形成演化的過程研究是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，我們?cè)趺慈ダ斫膺@個(gè)事情，也是值得考慮的問題。

沒有全球性的磁場(chǎng)之后，月球的現(xiàn)狀是什么樣的？在十億年前主磁場(chǎng)消失以后，月球現(xiàn)在就剩下一些小尺度的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。月球的半徑是1700公里，這些磁場(chǎng)尺度只有百公里，強(qiáng)度只有地球的1/100，是非常小的磁場(chǎng)。

這些小尺度磁場(chǎng)在月面的分布是有規(guī)律的，要么位于大型撞擊坑的旁邊，要么位于撞擊坑的對(duì)面。我們現(xiàn)在認(rèn)為這和小行星撞擊的過程相關(guān)。在撞擊的過程中，濺射的熔融物灑落到旁邊，冷卻的時(shí)候把當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)記錄下來了；或者撞擊過程形成的沖擊波、地震波，在月球里面?zhèn)鞑ィ芰吭趯?duì)面匯聚，讓對(duì)面的物性發(fā)生改變，記錄下當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)。因?yàn)橛涗浀氖钱?dāng)時(shí)的磁場(chǎng)，所以我們把這些磁場(chǎng)稱之為“剩磁”，月面的磁場(chǎng)也就叫月面的剩磁。

▲左：熱磁化（撞擊坑側(cè)），Wieczorek et al., 2012

右：沖擊磁化（撞擊對(duì)跖點(diǎn)），Hood et al., 1991

這些剩磁對(duì)月面有沒有作用呢？下圖是我們?nèi)粘Ｒ姷降脑旅娴膱D像。天氣好的時(shí)候，大家抬頭看月亮就能看到這樣一個(gè)圖像。月面上有一個(gè)特點(diǎn)，有的地方是黑色的，這些黑色的區(qū)域稱之為“月海”。也有一些地方是亮的，亮的地方是“高地”，是月球形成的、最古老的物質(zhì)成分。因?yàn)楦叩卦谠旅嫔鲜芨鞣N隕石、小行星轟擊的累計(jì)歷史次數(shù)最多，于是它變得坑坑洼洼、碎屑很多，而從光學(xué)上，反射率就比較高，所以看起來是白的。

但是并非所有的白的區(qū)域都是這樣，這個(gè)圖的左下角有一個(gè)特殊區(qū)域，我們把它稱之為“大白斑”，官方名字叫“Reiner Gamma大白斑”。這個(gè)區(qū)域不是一個(gè)撞擊坑，因?yàn)榘⒉_計(jì)劃以及嫦娥系列的衛(wèi)星早就在上面飛了好多次了，發(fā)現(xiàn)這個(gè)地方是平的，什么都沒有，和周圍的黑色區(qū)域是一模一樣的，但是看起來卻是白的。背后的原因是什么呢？我們經(jīng)過空間物理研究的探測(cè)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)地方有很強(qiáng)的磁場(chǎng)，如同地球的磁場(chǎng)保護(hù)地球一樣，這個(gè)地方的磁場(chǎng)保護(hù)了月面。

▲月面大白斑區(qū)域的磁場(chǎng)

月球上的“特殊”白斑

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要解釋這個(gè)大白斑，首先要從周圍的黑色區(qū)域怎么形成說起。黑色區(qū)域月面長期受到太陽風(fēng)的轟擊，太陽風(fēng)主要的成分是氫，氫具有還原性，而月面以氧化物為主。氧化物在氫的還原作用下，能把各種價(jià)態(tài)的鐵吸出來，形成微小的鐵顆粒。我們把這些微小的鐵顆粒稱之為“納米鐵”。納米鐵很多的地方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看就是黑色的。大白斑沒有太陽風(fēng)的轟擊，所以就呈現(xiàn)白色的。

如果這個(gè)理論是完美的，那么把月球上所有的白斑區(qū)域（標(biāo)黃處）和所有的磁場(chǎng)區(qū)域做一個(gè)比對(duì)，它們應(yīng)該是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。但是，出現(xiàn)了例外，比如圓圈圈出來的這個(gè)地方是有白斑的，但是沒有磁場(chǎng)。所以，沒有磁場(chǎng)也能產(chǎn)生白斑。

這個(gè)白斑是怎么形成的？我們調(diào)研了大量的衛(wèi)星在上方記錄的磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)地方并不是沒有磁場(chǎng)，而是磁場(chǎng)一直在動(dòng)態(tài)變化，有時(shí)候強(qiáng)，有時(shí)候弱，有時(shí)候正，有時(shí)候負(fù)。繪制磁場(chǎng)分布圖的時(shí)候，一平均，那個(gè)區(qū)域就沒有磁場(chǎng)了，但實(shí)際上是有動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的，而且有時(shí)候很強(qiáng)。

▲左：白斑

右：磁場(chǎng)

這個(gè)動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)是怎么產(chǎn)生的？這就像你拿一個(gè)動(dòng)來動(dòng)去的磁鐵，不管磁鐵怎么放，都能吸住旁邊的鐵球。原因是鐵有一種特殊的性質(zhì)，放在磁場(chǎng)里會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和原來磁場(chǎng)一模一樣的極性，比如這個(gè)磁場(chǎng)是南極、北極，這個(gè)鐵也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相同方向的南極、北極，所以鐵的南極和磁鐵的北極就一直靠在一起、相互吸引。當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)動(dòng)，因此，運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)能讓鐵也產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)。

月球這個(gè)地方的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)是怎么產(chǎn)生的？我們知道，太陽也是有磁場(chǎng)的，而且是在不斷運(yùn)動(dòng)的過程中。我們推斷，月球的這個(gè)區(qū)域有鐵。最后，我們?cè)敿?xì)地分析了這個(gè)地方磁場(chǎng)擾動(dòng)的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)它的磁化率是2.8。2.8磁化率的意思是太陽的磁場(chǎng)是1個(gè)納特，這個(gè)地方產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)是2.8個(gè)納特，可以看出是比較強(qiáng)的。在自然界能產(chǎn)生這么強(qiáng)順磁化率的，基本上只能是鐵，于是我們差不多能確定這是鐵。

▲莫斯科坑區(qū)域磁化率高達(dá)2.8

但是，這個(gè)證據(jù)看起來還是不太確切。這個(gè)莫斯科撞擊區(qū)域還有另外一個(gè)特點(diǎn)——重力場(chǎng)強(qiáng)度非常大，達(dá)到1000 mGal。重力場(chǎng)在月面上的作用是什么？它其實(shí)反映出地面淺表的物質(zhì)密度大小。月面上的物質(zhì)一般是3.0 g/cm3，如果要產(chǎn)生1000 mGal的重力場(chǎng)強(qiáng)度，需要物質(zhì)成分的密度非常大。如果用鐵去理解這個(gè)物質(zhì)，問題就迎刃而解了，鐵的密度是7.8 g/cm3。所以，從磁場(chǎng)和重力的證據(jù)，都可以說明這個(gè)地方可能有大規(guī)模的鐵。

▲莫斯科坑區(qū)域的極端重力異常

事實(shí)上，鐵在月面上是很難存在的，原因跟月球的起源有關(guān)。現(xiàn)在最流行的理論是，月球起源于地球被一個(gè)小行星的撞擊，在撞擊的過程，地球最表面的那一層物質(zhì)被打出來了，我們稱之為分異成功，分異就是重的成分已經(jīng)沉到地心里，輕的成分浮在上面。

表面的物質(zhì)是比較輕的，鐵這些重成分在地核里沒有被打出來，所以形成的月球是比較輕的，而且貧鐵的。因此，不是我們聰明，能提出來說這個(gè)地方有鐵，別人就沒想到，而是這些理論阻止了他們?nèi)ハ搿?/p>

事實(shí)上，月球還有大規(guī)模的鐵富集。既然月球形成的過程不能產(chǎn)生鐵，那么這些鐵到底怎么來的？內(nèi)源不行我們就向外找外源帶來物質(zhì)，其中很重要的過程就是撞擊。一般來說，月球上的撞擊坑都是對(duì)稱的，要不就是一個(gè)圓，但是莫斯科坑這個(gè)地方是一個(gè)橢圓。常規(guī)的月面環(huán)形山如果有兩個(gè)，應(yīng)該是同心的，但是這個(gè)區(qū)域是橢圓的且偏心的。

▲左：常規(guī)月面環(huán)形山的對(duì)稱形貌

右：莫斯科坑的非對(duì)稱形貌

更特別的是，莫斯科坑內(nèi)部還有一個(gè)月牙形的隆起，根據(jù)最致密的物質(zhì)分布圖（右下圖）顯示，在這個(gè)隆起的后面，像是有一個(gè)東西沖擊過來、撞擊，然后陷在里面了。我們提出外來物質(zhì)陷在這兒的設(shè)想，但是這個(gè)設(shè)想，在地學(xué)里面是天方夜譚，不太可能。因?yàn)樵虑蜃矒舻乃俣纫话闶?0-20 km/s，首先撞擊的坑應(yīng)該是圓形的、對(duì)稱的，其次撞擊來的物質(zhì)都會(huì)被氣化、熔融，然后散掉了，不可能留在坑內(nèi)。

▲左：莫斯科坑的非對(duì)稱形貌

右：莫斯科坑的非對(duì)稱重力異常

于是，我們就提出低速斜撞擊的設(shè)想，類似拿個(gè)鐵球扔到泥坑里，泥坑咕咚鼓起來一塊兒，然后鐵沉進(jìn)去的過程。但這個(gè)在地學(xué)上來說是很費(fèi)解的。我們所是傳統(tǒng)的地學(xué)大所，門類非常廣泛，有做各行各業(yè)的人，于是我找到一個(gè)做撞擊的同事。他一開始也不相信，因?yàn)樵虑蛏系淖矒舨豢赡芎艿退佟Ｎ揖颓笾屗鲆粋€(gè)幾公里速度的撞擊，斜著撞，撞了以后發(fā)現(xiàn)，可以產(chǎn)生這種非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。而且最重要的是，如果是鐵撞擊的，確實(shí)可以陷到地底下。

那么這個(gè)鐵從哪兒來呢？自然界是不是有鐵呢？在火星和木星之間，有一個(gè)主帶小行星帶，這個(gè)區(qū)域有10%的小行星是鐵質(zhì)的，而且通過內(nèi)部的碰撞與軌道動(dòng)力學(xué)，有一定概率能到達(dá)月球，雖然這個(gè)概率是非常低的。

我們剛才說月球起源的時(shí)候，說撞擊是把地幔外邊的一層輕的物質(zhì)撞出來。但是，成都理工大學(xué)的劉耘教授提出，這個(gè)地核也可以被撞出來。如果在月球形成之后，這個(gè)地核的物質(zhì)也在月球軌道，最終落到月球上，也可以形成這種低速的撞擊。

進(jìn)入月之暗面

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從上面這些介紹可以看出，磁場(chǎng)作為太空探索里一個(gè)很重要的元素，可以把很多圈層串聯(lián)起來。雖然這個(gè)探測(cè)是空間物理的探測(cè)，但可以把地球動(dòng)力學(xué)跟地球物質(zhì)成分都聯(lián)系起來，是一個(gè)很重要的標(biāo)志。

我們國家的嫦娥探月計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行得很順利了，實(shí)現(xiàn)了繞、落、回，現(xiàn)在已經(jīng)到了探月四期的探測(cè)。2026年，可能就是“嫦娥七號(hào)”的發(fā)射任務(wù)了。

“嫦娥七號(hào)”由多個(gè)平臺(tái)組成的，比較復(fù)雜，有環(huán)繞器、著陸器。著陸器以后還有一個(gè)車下來跑，跑了之后還有機(jī)器狗。機(jī)器狗可以跳到隕石坑里。而環(huán)繞器上和著陸器上都裝了磁相機(jī)，利用這個(gè)機(jī)會(huì)，我們可以用環(huán)繞器探測(cè)背景的磁場(chǎng)，用著陸器上探測(cè)月面的磁場(chǎng)變化。雖然設(shè)備的安置，是為了探測(cè)空間環(huán)境，但是我們計(jì)劃未來用這個(gè)設(shè)備來探測(cè)地底下的這些成分的信息。

另外，“嫦娥七號(hào)”和前面設(shè)備有一個(gè)很大的區(qū)別與進(jìn)展，就是要落到南極永久陰影區(qū)。南極永久陰影區(qū)是在南極和北極的撞擊坑。在月球自轉(zhuǎn)的過程中，南極永久陰影區(qū)無法被太陽光進(jìn)入，所以里面的溫度是極低的。

太陽風(fēng)轟擊月面，除了形成鐵之外，它和氧化物結(jié)合可以形成羥基或者水。水分子在月面上因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)跳來跳去，最后有概率跳到南極永久陰影區(qū)里。目前，根據(jù)遙感的數(shù)據(jù)，月球南極陰影區(qū)里面是有水的，也許是以冰的形式存在。

水是人類生存非常重要的資源。月球上有水的事情如果是真的，人類未來上月球居住就不是問題了，雖然現(xiàn)在沒有氧氣，但水只要一電解就是氧氣了。不過這只是一個(gè)理論，按照剛才說的說法，如果有局地磁場(chǎng)的區(qū)域，太陽風(fēng)是不能轟擊的，原則上這個(gè)地方也不能有水。

下圖是美國NASA一個(gè)探測(cè)器的光譜分析，我們?cè)噲D從中了解月面水資源的情況，但非常粗糙，沒有辦法知道水和磁場(chǎng)的關(guān)系。

未來，我們中國的載人登月計(jì)劃里面，前期有一些驗(yàn)證任務(wù)，可以做一些探測(cè)。其中強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)是這些驗(yàn)證任務(wù)里很重要的一個(gè)備選落點(diǎn)。

現(xiàn)在嫦娥計(jì)劃已經(jīng)完成了一個(gè)轉(zhuǎn)變，前期都是做環(huán)境的探測(cè)，“嫦娥七號(hào)”以后，開始找水，變成一種資源的探測(cè)。繞落回的“回”其實(shí)設(shè)備是不需要的，要回來的是人。人一定是要上去的，但是人上去就涉及到資源的問題。所以，在未來，磁場(chǎng)的探測(cè)在中國探月計(jì)劃里面會(huì)發(fā)揮比較重要的作用。

以上就是我分享的月球磁場(chǎng)探測(cè)相關(guān)內(nèi)容。謝謝大家！

文章轉(zhuǎn)載自“格致論道講壇”微信公眾號(hào)