月球背面近零古磁场指示全球性月球发电机停止

《SCIENCE ADVANCES》：Moon’s farside near-zero paleomagnetic field suggests a global lunar dynamo cessation

　　

最近对阿波罗任务和嫦娥任务返回样品的古地磁研究表明，月球发电机从约42亿年前（Ga）开始活动，并在约10亿年前停止。然而，由于几乎所有返回样品（除嫦娥六号返回的样品外）均来自月球正面，月球古磁场的时间和空间分布仍存在不确定性。研究人员首次对月球陨石西北非15528（Northwest Africa 15528）进行了古地磁分析，该陨石是一种可能来自月球背面的长石质月壤角砾岩。研究结果不仅表明它在约7亿年前记录了近零磁场（低于几百纳特斯拉），而且还表明月球陨石可以提供关键的古地磁信息。结合来自月球正面的两个年轻阿波罗样品——阿波罗15015（形成于约9亿年前）和阿波罗15465（形成于约5亿年前）——研究结果表明，在过去十亿年中，月球不存在由发电机产生的全球性月球磁场。

**月球背面近零古磁场与全球性月球发电机停止的论文解读**

月球目前不存在由发电机产生的全球磁场，但轨道磁测和返回样品的古地磁研究显示，月球曾拥有一个核心发电机，并在约10亿年前停止活动。然而，现有古地磁记录几乎全部来自月球正面的阿波罗和嫦娥样品，嫦娥六号虽提供了来自月球背面的数据，但仅为一个数据点。由于月球背面具有更厚的地壳和更强的地壳磁异常，其磁场演化是否与正面同步尚不清楚，这限制了对月球发电机时空演化的全面认识。月球陨石可能来自月球表面随机位置，总质量远超所有返回样品之和，为扩展月球磁历史的空间覆盖提供了独特机会。本研究的对象是月球陨石西北非15528（NWA 15528），一块形成于约0.7 Ga、可能来自月球背面的长石质月壤角砾岩，旨在检验月球发电机停止的全球性。

研究人员对NWA 15528进行了系统的岩石磁学和古强度分析。该陨石的角砾岩化事件使其经历了高于磁性矿物居里温度的热过程，从而重置了先前的剩磁，并在当时的月球表面磁场中记录了新的热剩磁（TRM）。结果显示，NWA 15528记录的古磁场强度为0.11 ± 0.21 μT，95%置信上限为0.32 μT，接近零磁场。结合月球正面阿波罗15015（～0.9 Ga）和阿波罗15465（～0.5 Ga）的近零古磁场结果，研究人员提出，在过去十亿年中，月球不存在全球性的发电机磁场。这一发现不仅首次证明月球陨石可用于古地磁研究，还表明月球发电机的停止是一个全球性事件，而非局部现象。

**主要关键技术方法**

本研究的样本为月球陨石NWA 15528（2017年购自摩洛哥陨石经销商，总质量约27 g，属于NWA 8046陨石族），并综合了先前发表的阿波罗15015和15465样品数据。主要技术方法包括：利用背散射电子成像和电子探针显微分析确定矿物组成、冲击变质程度；通过磁滞回线、直流反向退磁（DCD）曲线和一阶反转曲线（FORC）等岩石磁学测量评估剩磁记录能力；对28个子样品进行三轴交变退磁（AF，最高125 mT），对3个子样品进行热退磁（TD）；采用非热ARM古强度法，并使用先前加热的锡拉丘兹大学熔岩流（SULP）样品标定TRM/ARM转换因子f′（取f′ = 4）；同时进行Thellier-Coe热古强度实验以验证结果。

**研究结果**

**角砾岩化、溅射与大气进入（Brecciation, ejection, and atmospheric entry）**
通过背散射电子图像观察，NWA 15528的基质中含有玻璃质熔体和tissintite（一种高压指示矿物），表明其经历了约20 GPa冲击压力和约1500°C冲击后温度，远高于铁纹石的居里温度（约770°C）。因此，角砾岩化事件热重置了该陨石中任何先前剩磁，并可能记录新的TRM。月球逃逸速度（约2.4 km/s）远低于火星，溅射过程产生的冲击压力不足以重置剩磁；大气进入加热仅影响熔壳以下约5 mm范围。因此，NWA 15528在角砾岩化期间获得的磁记录未受到后续事件的显著改造。

**磁性矿物学（Magnetic mineralogy of NWA 15528）**
磁性矿物分析识别出铁纹石（kamacite）和马氏体（martensite）等Fe-Ni颗粒，它们是月壤样品中TRM的有效载体。此外还含有陨硫铁、钛铁矿和富铬钛尖晶石等顺磁性矿物。磁滞回线、FORC图和Day图显示，多数子样品具有多畴（MD）和单畴（SD）颗粒混合特征，其磁记录能力优于许多先前古地磁研究中使用的阿波罗样品，但个别子样品（如a8i）显示超顺磁（SP）颗粒贡献增加。

**退磁行为（Demagnetization behavior）**
对28个子样品的NRM进行交变退磁显示，所有样品均存在低矫顽力（LC）分量，方向一致（α95 = 10.76°），且具有低矫顽力、高NRM/SIRM比值等特征，与地球上手磁铁产生的等温剩磁（IRM）污染相符。高矫顽力（HC）和高温度（HT）分量方向分散（α95 = 33.92°），且多数不趋向原点，主成分分析显示MAD大于30°，表明HC/HT范围内未记录稳定的原生TRM。对比实验室ARM、IRM和TRM的退磁曲线，进一步支持NRM主要受IRM污染主导。

**古强度测定（Paleointensity determination）**
采用非热ARM古强度法（f′ = 4）对28个子样品进行估算。LC分量获得了极高的视古强度（11–182 μT），归因于地球手磁铁污染。HC分量古强度较低且方向分散，其中12个子样品（Group A）的95%置信区间包含零，其矢量平均古强度为0.11 ± 0.21 μT，对应的95%置信上限为0.32 μT。该结果表明NWA 15528在约0.7 Ga的月球表面记录了近零磁场。Thellier-Coe实验因热化学蚀变未能用于古强度估计，ARM保真度测试给出的最低可检测场约为1 μT，但该值可能被实验噪声高估。

**讨论与结论**

月球陨石的优势在于其可能来自月球表面任意位置，能够弥补返回样品缺乏背面数据的局限。NWA 15528的源区通过FeO和Th丰度与月球探勘者γ射线谱仪数据对比，约85.48%的候选区域位于月球背面，支持其来自月球背面长石质高地。其角砾岩年龄约0.7 Ga（基于40Ar/36Ar捕获比估算）。综合已发表的月球古强度记录，月球发电机演化可分为高强度期（>40 μT，4.2–3.5 Ga）、弱场期（<10 μT，3.5–1.0 Ga）和停止期（<1.0 Ga）。本研究的背面近零结果与正面阿波罗15015和15465的结果一致，表明月球发电机在约1.0 Ga停止后未再重新启动，且这是一个全球性事件。这排除了间歇性发电机或半球性发电机的可能性，为月球发电机终结机制提供了关键约束。