月球两侧缘何出现神秘“压缩带”？我国科学家揭示月球“临边压缩”新机制

IT之家 4 月 17 日消息，中国科学院国家空间科学中心与澳门科技大学的科研团队在月球空间环境研究领域取得重要突破。科研人员通过三维数值模拟，首次揭示了月球内部导电的金属内核在与太阳风的相互作用中，可引发月球两侧边缘出现等离子体与磁场的“压缩带”现象，这一全新物理机制的发现，颠覆了以往学界对该现象仅源于月球表面局部磁异常的传统认知。月球是距离地球最近的天体，也是人类深空探测与行星科学研究的重要目标。科学家此前早已注意到，在月球背对太阳的尾迹区域外侧，存在一种特殊的“临边压缩”现象，表现为等离子体密度与磁场强度的显著增强。由于月球没有类似地球的全球性磁场，长期以来，学界普遍认为，这种压缩现象是太阳风在流经月球时，被月球表面某些区域的局部“磁异常”偏转所导致。▲ 磁场及粒子密度的压缩特征在不同平面的动态变化然而，在此次研究中，由中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室谢良海研究员、李磊研究员，与澳门科技大学博士生易思琦、徐晓军教授等组成的合作团队另辟蹊径，将目光投向了月球内部。月球虽无全球性磁场，但拥有一个导电的金属内核，而太空中来自太阳的行星际磁场并非一成不变，时常会发生剧烈突变。▲ 不同月核半径、电导率及磁场变化幅度下月球内部感应响应和临边压缩的对比团队利用先进的三维时变磁流体力学模拟，精确还原了月核在外部磁场突变下的响应全过程。模拟显示，当行星际磁场发生突变时，月球内部高导电性的月核会像发电机一样产生感应电流，进而形成一个感应磁场。这个新产生的感应磁场与外部原磁场叠加，在月球晨昏线附近的表面之下形成了强大的磁压梯度。这股磁压力足以抵抗并“推开”晨昏线附近相对薄弱的太阳风，推动周围带电等离子体移动，最终在月球两侧临边区域形成了磁场与等离子体的压缩结构。由于月球向阳面的太阳风压力极强，感应磁场无法抵抗，因此压缩现象仅发生在两侧晨昏线附近，而非正对太阳的区域。IT之家注意到，研究团队还首次完整还原了该现象的动态演化过程：在外部磁场突变传递至月球的约 8 秒后，月核便开始产生感应电流；在之后的约 1 分 30 秒，随着感应电流不断增强，临边压缩逐渐变得明显；当感应磁场在 3 分钟左右达到峰值时，压缩效应最为显著；之后随着外部磁场变化趋于平缓，感应磁场减弱，压缩结构也随之消退。此外，研究还发现，模拟中月核的半径越大、电导率越高，以及外部磁场突变越强，所形成的临边压缩现象就越显著。不过，当月核的电导率超过 0.1 西门子 / 米这一数值后，继续增加电导率对压缩效应的影响变得不大，这一结果也与经典导电球体的磁感应理论预期相符。这项研究不仅从根本上厘清了月核感应磁场驱动“临边压缩”的完整物理机制，证实了月球内部导电内核在日月相互作用中扮演着关键角色，也填补了此前月球等离子体环境研究中的一项重要空白。相关研究成果已分别发表在权威国际期刊《天体物理学杂志》与《皇家天文学会月刊》上。该成果为人类理解太阳风与月球这类无大气、无全球磁场天体的相互作用提供了全新视角，也为未来我国利用嫦娥七号等探测任务，通过电磁测深手段进一步约束和揭示月球内部结构提供了关键的理论支撑。广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。