新研究解决了磁性月亮岩石的奥秘,带回了阿波罗

围绕地球是一个强大的磁场,该磁场是由地球芯中的旋转液体铁创造的。地球的磁场可能几乎与地球本身一样古老 – 与T形成鲜明对比

围绕地球是一个强大的磁场,该磁场是由地球芯中的旋转液体铁创造的。

地球的磁场可能几乎与地球本身一样古老,并且与月球形成鲜明对比,月球完全缺乏磁场。

但是月球过去是否产生了磁场?

在1980年代,研究阿波罗宇航员带回岩石的地球物理学家得出结论,月亮曾经的磁场与地球一样强。但是强大的磁场需要电源,并且月球的核心相对较小。几十年来,科学家一直在努力解决这个难题:这么小的核心如何创造强大的磁场?

我是地球物理学教授,已经研究了地球磁场已有30多年了。我最近组建了一个团队,使用新的科学技术重新检查月球磁化的证据。我们发现月球实际上没有长寿命的磁场。这一发现不仅改变了对月球地质历史的现代理解,而且对月球上资源的存在也具有重大影响,这可能对未来的人类探索至关重要。

罗里·科特雷尔/u。罗切斯特,CC BY-ND

为什么是磁性月亮?

某些岩石具有非凡的能力,可以保留过去磁场的记录时,它们包含具有与磁场对齐的铁原子的矿物质,因为岩石会冷却并固化。保留田间证据的最佳磁性矿物质是微小的 – 比人毛的宽度小一千倍 – 因为重新排列原子需要大量能量。

研究古代磁性的地球物理学家重现了这一过程,在存在已知磁场的情况下重新加热了岩石样品,并将铁原子的新对齐与铁原子的方向进行比较,然后再重新加热岩石。这使研究人员能够了解过去的磁场。研究人员研究了美国宇航员从月球带回来的第一批岩石,希望使用这种方法来研究月球的磁性。但是他们面临问题。月球岩石含有某种类型的铁(称为天然铁),很容易被热改变。此外,月球岩石中的天然铁粒有时相对较大,从而使它们不太可能可靠地记录过去的磁场。

从1970年代开始,地球物理学家使用替代性的非加热方法来研究月球的磁性。他们发现一些月球样品记录了强磁场,这表明月球具有超过20亿年的磁场。

但是这个结果只加深了难题。月球核心如何产生强磁场的问题仍未解决。

克里斯汀·劳伦斯(Kristin Lawrence),CC BY-ND

另一种理论

在实验中,一些阿波罗样品显示出强磁场的证据,但其他样品没有。一些研究人员将缺失的磁化归因于磁性录音剂较差的大天然铁粒的存在。但是许多样品还包含应该记录一个场的小铁粒。

人们对研究人员在阿波罗样品中使用的非加热技术一直存在疑问。一些科学家称它们为“最后的度假”方法,并得出结论,以这种方式收集的数据的不确定性是如此之大,以至于必须将任何解释视为投机。 ,它们产生尘土飞扬的等离子体 – 一种离子和电子的气体 – 可以产生强烈的磁场并在冲击区附近磁化月球岩石。

2008年,地球物理学家克里斯汀·劳伦斯(Kristin Lawrence)决定使用改进的再加热技术重新审视月球磁化问题。与最初研究样品的研究人员相反,她无法检测到过去磁场的任何明确证据。劳伦斯和她的团队使用的方法比非加热测试更好,但她的结果仍然没有结论。不过,她觉得自己正在做某事,那就是她转向我和我的实验室寻求帮助的时候。

亚当·芬斯特/u。罗切斯特,CC BY-ND

2011年,劳伦斯(Lawrence)为我们带来了一系列的月球样本进行测试。我们一直在开发技术来识别仅包含非常小铁粒并具有理想记录特性的单个毫米大小的硅酸盐晶体。然后,我们使用超敏感的超导磁力计和特殊的二氧化碳激光器来快速加热这些样品,从而避免改变其铁矿物质。我们发现,几乎所有岩石都具有非常弱的磁信号。

在第一次测试时,我们仍在改进该方法,因此我们无法肯定地说明样品是否在没有磁场的月球上形成。但是我们一直在改善测试方法,去年我们决定重新审视阿波罗样品。我们明确地发现,某些样品确实包含能够保留古代磁场的高保真信号的磁性矿物质。但是岩石没有记录这样的信号。这表明月亮几乎缺乏其所有历史的磁场。

那么,是什么解释了磁性月亮的先前发现?答案是在其中一个样品中:一块小的深色玻璃,其中包含微小的铁尼克颗粒。

罗里·科特雷尔/u。罗切斯特,CC BY-ND

该玻璃是由陨石撞击制成的,并显示出强烈的磁场的明确证据。但是它仅在大约200万年前就形成。几乎所有的地球物理学家都同意,当时月亮没有磁场,因为经过45亿年的冷却,没有足够的热量来为铁的核心中的铁搅动以产生一个田地。玻璃匹配的磁场的磁性特征可以通过流星冲击而产生的磁场模拟。这表明,仅陨石撞击就可以产生强烈的磁场,从而在附近磁化岩石。这可以解释先前一些阿波罗岩石报道的高值。

综上所述,我相信这些发现解决了看似磁性的月亮的奥秘。

迈克尔·奥萨德西(Michael Osadciw)/u。罗切斯特,CC BY-ND

磁屏蔽和月球资源

这种对月球磁性的新观点对潜在的有价值资源的存在以及有关可能埋在月球土壤中的古代太阳和地球的信息具有巨大影响。磁场充当防止太阳颗粒到达行星或月球的盾牌。没有磁场,太阳风可以直接击中月球表面,而植入氦3和氢气则可以击中土壤。

氦3有许多应用,但重要的是,它可能是核融合和未来行星勘探的燃料来源。氢的价值来自以下事实:它可以与氧气结合形成水,这是空间中的另一种关键资源。

由于月亮没有长寿命的磁场,因此这些元素可能比以前想象的要长达数十亿年。

也有科学价值。太阳风嵌入的元素可能会揭示太阳的演变。随着月亮穿过地球的磁场,地球大气中的元素可以沉积在月球表面上,这些元素可能会容纳最早的地球线索。

月球上没有长寿命的磁场可能会造成一些损失,但我相信它可能会释放科学的骗子和潜在的潜在资源宝贵的藏匿处。

罗切斯特大学地球物理学教授约翰·塔杜诺(John Tarduno)

本文根据Creative Commons许可从对话中重新发布。阅读原始文章。

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