作者：文/虞子期
地球磁場對這顆星球上的生物有多重要？相信這個問題的答案，對於天文愛好者而言一定信手拈來。地球磁場的存在不僅讓南北極有了極光（現象），讓人類有機會目睹絢麗多彩的等離子體視覺盛宴；更抵擋住了太陽風粒子的侵襲（本質），它們在地球磁場的作用力下偏轉之後形成了弓形衝擊。
地球的大氣層正是在磁場的保護下，才沒有在過去的這幾十億年時間裡被太陽風粒子的活動所剝奪。因為，失去磁場的地球，同樣也會變成一顆像火星一樣乾燥而寒冷的星球。長時間以來，科學家們一直都在對月球（地球唯一天然衛星）岩石進行研究，因為所有人都相信月球也曾擁有一個全球性的磁場。
月球曾具有磁層作用
雖然在數十年之前，關於「月球的形成」分為分裂說、俘獲說和同源說三種主要成因假說。但隨著人類對月球的了解逐漸深入，而後有了獲取更多人一致認可的大撞擊說。因為這一理論，不僅解釋了地球、月球形成時間上的微弱差異，同時還給予了地球和月球在結構上的相似性，以及組成成分具有差異性的合理解釋。
簡而言之，地月系統其實早在大約45億年前就已然形成，月球是地球和另一顆火星般大小的物體之間發生撞擊之後的產物。與此同時，科學家們還以此推測出古老月球也曾擁有過磁場，也就是說月球曾具有磁層作用。但是，月球磁場具體是什麼時候出現，又通過怎樣的過程逐漸消失，則成為了月球磁場最大的疑問。
月球磁場假說-其磁場性質可揭示星球內部構造
根據現有探測資料來看，現階段的月球是不具有全球性偶極磁場的。但與此同時，我們又通過對月球岩石樣品的分析，確認了其岩石的構成部分中含有磁化組分。這樣的發現說明了，在月球在以往的某個演化歷程中，它曾擁有過全球性的磁場。
雖然，人類已在50多年前登陸月球，但短暫的停留和研究時間，並不足以完全解答與月球內部構造有關的諸多疑問，而這些問題又都跟月球曾擁有過的磁場性質有關。月球磁場的存在時間一直在科學界充滿爭議，而兩種主要的觀點分別將月球磁場的存在時間定義為：38到32億年前和40億到38億年前。
當然，雖然我們通過岩石成分的分析，確認了月球可能擁有磁場，但關於磁場存在時間的這兩種假說，則主要是建立在理論推測的基礎之上。而月球磁場的誕生原因，也在「太陽風和地球磁場的相互作用」，以及「月球突然經歷變動導致岩石被磁化後產生剩磁」之間辯論。
月球磁場-從強度減弱五倍到十億年前徹底消失
關於月球磁場，科學家們又有了新的研究進展。而這一次的研究結果並不只是證明了月球也曾擁有磁場，其磁場強度更是達到了地球的2倍。並且，月球磁場這長達數十億年的漫長衰變過程，對於揭示它是如何隨著時間的遞進而產生動力的機制也提供了幫助。
既然說到了地球和月球磁場的強弱之別，那麼，我們需要清楚現階段地球的磁場強度大約為50微特拉斯，而大約40億年前的月球，則大約擁有100微特拉斯強度的磁場。早前，研究人員就已經對25億年前的月球岩石樣本進行了分析，並將月球當時的磁場強度界定為10微特拉斯左右。
簡而言之，我們可以從40億年前的100微特拉斯，到25億年前的10微特拉斯推測出：月球磁場在月球誕生後的第4到25億年時間裡減弱了5倍，而全球磁場的徹底消失則大約發生在十億年前。研究人員更認為，月球內部維繫磁場的「發電機」的工作機制並不只有一種，兩者之前還存在時間上的先後接替。
40億年前的月球擁有現地球兩倍的磁場，當時月球內的發電機效應強烈、但壽命也相對較為短暫。這跟當時月球圍繞地球運行的軌道更近相符，不管是月幔的擺動，還是其核心內的活動，都會在地球重力的干擾下受到巨大影響。月球內部發電機效應的強弱，隨著月球和地球之間距離的逐漸增加而減弱，而在月球25億年前到大約10億年前的這段時間，其內部產生微弱磁場的發電機效，應則主要得益於結晶。
月球磁場的強弱之別始於兩種不同的「發電機效應」
月球磁場從繁榮到消失的過程，科學家們並不認為這是一個循序漸進的自然過程。而是因為月球內部本就存在著兩種完全不同的「發電機機制」，它們在不同的時間裡承接了各自的任務。簡單來說，月球40億年前的超強磁場靠第一種發電機效應維繫，而25億年之後的微弱磁場則是依靠第二個發電機效應來維繫。並且，兩者之間對月球磁場的維繫是完全性的交接，不曾同時存在於月球內部。
為什麼科學家們一直很難得到年齡小於30億年的月球岩石？這其實跟月球上也曾普遍存在過的火山活動有關，40億年前普遍存在的此類月球地質活動早在30億年前就徹底停止。研究人員之所以能確定月球磁場的存在，以及其磁場強度受限於兩種發電機效應，主要是因為他們對十億年前月球岩石樣品（為阿波羅太空人所獲）所進行的研究。
在對這些特殊岩石進行研究的過程中，科學家們主要進行了三個角度的測試。首先，岩石通過撞擊作用從融化到再次凝固的過程實現了磁記錄的消除，實現了岩石磁性特徵的重建步驟，並通過小羅盤對岩石電子的方向進行了追蹤。該過程中的電子隨機出現在了各個方向，這說明了岩石應該是在磁場小於0.1維特斯拉的磁場環境中形成。
接下來，研究人員為了確認這岩石的確擁有十億年的年齡，便使用了放射測年技術來進行證實（年齡準確無誤）。在該研究的最後，科學家們還進行了所謂的熱測試，主要目的是為了確認這些岩石能否在撞擊的時候保存下良好的磁記錄。通過對兩個岩石樣本因為撞擊而產生高溫環境的模擬，以及充分冷卻過程，研究人員確認了它們可以在經歷這樣的過程之後記錄下曾存在過的磁場信息。
簡而言之，這樣的三個實驗步驟，先後證實了這些擁有十億年年齡的月球岩石，只可能產生於磁場強度小於0.1維特拉斯的月球環境之中，這些岩石的年齡的確是十億歲左右，以及這些岩石會準確記錄下其誕生時星球的磁場強度。原來，月球的內核的確在時間的推移下逐漸流逝並結晶，星球內帶電流液體的流動因此而減緩速度，而維繫磁場的「發電機」更在數十億年之後停止了運轉。
研究天體磁場有什麼重要意義
即便目前人類可探測的宇宙空間相對還比較有限，但天體磁場卻廣泛而真實的存在於許多天體的空間之中，甚至已經從很多星球上徹底消失。除了以上說到的曾經擁有磁場的月球、到至今依然保護著地球生命的行星磁場和太陽系中心天體太陽的磁場，以及一直未揭開謎團的火星和金星磁場，它們的磁場都存在諸多我們尚不了解的謎團。
雖然，不同天體空間中的磁場可能存在強弱之別，但它們都會隨著時間的推移而發生變化。比如，現如今銀河系空間中的磁場強度，就僅為地球磁場的幾千分之一。而從磁場強度在星球自身的空間分布來說，也並不是完全均勻相等的：
太陽的磁場分布更具有區域和強弱之別，太陽磁場相對較強的區域都位於大氣層中。比如，雖然太陽的內部和日冕處也有磁場分布，但這些區域中的磁場強度卻非常微弱，而所謂的普遍磁場（也就是日冕寧靜區），其磁場強度也僅為1×10-4到3×10-4特斯拉左右。
地球的磁場主要由三部分構成，它們分別是磁異常（次生磁場）、外源磁場（與太陽活動有關）和基本磁場（正常場，占比99%以上）。地球磁場的分布情況，存在著作用力最強（兩極）和最弱（赤道）的區域，並不是孤立存在的地球的磁場，同時還會受到外界的擾動，尤其是同樣擁有磁場的等離子體太陽風。
不管是對現階段仍然擁有磁場的天體所進行的相關研究，還是對曾經存在磁場的月球這樣的星球進行研究，這都有助於幫我們理解：為什麼火星和金星會在其演化過程中丟失自己的磁場，以及地球的磁場又將之後的時間如何變得微弱、乃至徹底消失？磁場，對於一個星球的可居住性而言至關重要，這對於我們了解地球生命可能面臨的未來，以及尋找適合生命居住的系外行星而言也都有所助益。