Science Advances:月球陨石揭示月球磁场发电机的全球性停止
2026-09-03
月球磁场演化是认识月球内部热过程以及月球与太阳风/地球磁层长期相互作用演变的关键窗口。今天的月球并不存在类似地球的全球性磁场,但月球返回样品以及月壳剩磁表明月球早期拥有发电机磁场。此前的研究将月球发电机停止的时间限制在约1.0 Ga (十亿年前)。
然而,这一结论所依赖的关键证据相当有限,仅有两块来自月球正面的1.0 Ga 和0.5 Ga的波罗15号样品,使得我们难以确定月球发电机停止的全貌:是在约1.0 Ga全球同步停止,还是不同区域先后停止,甚至是在晚期重启?要回答这一问题,需要更多形成于各时期、且覆盖月表不同区域的样品,并从中获取相应的月球古磁场信息。
月球陨石是月球表面岩石受小行星撞击后抛射进入太空、最终落到地球的岩石。与返回样品相比,其数量更多、来源更广,为获取不同区域的月球样品提供了重要补充。月球陨石NWA 15528 是一块月球长石质表土角砾岩,内部富含铁镍颗粒,是记录磁场信息的理想载体。该陨石来自月球背面斜长岩高地,形成年龄约 7 亿年,为约束月球晚期磁场状态与发电机停止时间提供了珍贵的样本。

中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院王华沛教授古地磁与行星磁学团队联合北京大学、中国科学院地质与地球物理研究所等单位对NWA 15528开展了系统的古地磁学、岩石磁学与岩相学研究,发现月球背面在约7亿年前已无发电机磁场,表明月球发电机在全球范围内同步停止,相关成果于9月2日发表在Science Advances上。
团队通过扫描电镜与电子探针分析,确认NWA15528基质中的铁镍颗粒以铁纹石和马氏体为主,是记录剩磁的理想载体。进一步的岩石磁学研究表明,这些铁镍颗粒兼具单畴与多畴特征,具备稳定记录古磁场的能力。由于该样品在约0.7 Ga的角砾岩化事件中经受过充分热重置,温度超过铁镍矿物居里点,其记录的剩磁明确对应于0.7 Ga时期的月球磁场。在此基础上,团队利用高灵敏度超导磁力仪开展系统退磁与古强度测定,结果显示该陨石记录的古磁场强度仅为 0.11±0.21 μT,95%置信区间上限不超过 0.32 μT,表明其形成于接近零的磁场环境。

该月背记录与阿波罗正面近零结果相互印证,证实月球发电机约1.0 Ga已在全球范围内停止,且未曾重启,为约束月球晚期内部演化提供了关键物理证据。这也是首次从月球陨石中成功获取古强度数据,证明陨石能够弥补返回样品空间覆盖的局限,为重建月球磁场演化历史提供了独特的研究途径。

作者简介:

第一作者:蒋学龙
蒋学龙,本科毕业于合肥工业大学资源与环境环境工程学院,硕士毕业于中国地质大学(武汉)地球科学学院,现为北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理研究所博士研究生。主要研究方向为古地磁与行星磁场演化、多畴颗粒剩磁记录过程的数值模拟等。相关研究成果已发表于《Science Advances》等期刊。

共同第一作者:苏菲
苏菲,中国科学院地质与地球物理研究所高级工程师,惰性气体实验室技术负责人,长期从事稀有气体地球化学方法研发和高精度氩氩年代学工作,承担并深度参与嫦娥五号、嫦娥六号样品氩氩年代学及稀有气体同位素研究工作。获得国内外发明专利授权12项,软件著作权1项,在国际主流SCI论文10余篇。主持中国科学院院长基金、国家重点研发子课题、基金委面上项目及所技术创新基金等课题。

通讯作者:王华沛
王华沛,1984年生于湖北武汉,现任中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院教授,博士生导师;高中就读于湖北省武昌实验中学(理科试验班),本科就读于北京大学地空学院地球物理系(并在中国科学院地质与地球物理研究所进行本科生科研训练),博士就读于美国罗格斯大学(Rutgers University)地球与行星科学系,后在麻省理工学院(MIT)地球大气与行星科学系从事了三年博士后研究;2017年获得湖北省百人计划,2018年获得国家级海外人才青年项目;主持过国家自然科学基金面上项目、重点项目,国家科技部重点研发计划课题、2030重大专项课题,以及中科院A类先导专项子课题;长期从事古地磁学,尤其是地球与行星磁场古强度的研究;发明了可靠的古地磁强度实验方法,确立了地球古磁场强度的全球偶极子形态,限定了太阳星云的寿命以及多个行星体的核心发电机启动与停止时间;同时开展古地磁与地球磁场观测等相关仪器设备的研发;在国内外期刊发表科研论文40余篇,其中包括发表在Science(1)、PNAS(3)、Science Advances(2)、Nature Astronomy(1)的第一/通讯作者论文7篇。
论文作者及单位:
Xuelong Jiang1,2†(蒋学龙), Fei Su3†(苏菲), Huapei Wang2*(王华沛), Runchuan Liu3,4(刘润川), Ting Cao2(曹婷), Shaochen Hu2(胡劭琛), Haijun Li2(李海军), Chen Wen2,5(温琛), Yu-Min Chou6(周祐民), Huafeng Qin7(秦华峰), Kaixian Qi4,7(祁锴贤), Fei Han2,5(韩非), Yiming Ma2(马义明), Jiabo Liu2(柳加波)
1School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
2Paleomagnetism and Planetary Magnetism Laboratory, School of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
3Key Laboratory of Earth and Planetary Physics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
4College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan, Hubei 430100, China
6Centre for Marine Magnetism (CM2), Department of Ocean Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China
7State Key Laboratory of Lithospheric and Environmental Coevolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
文章链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz6195