月球与火星磁场探测

摘要

磁场是电流和磁性材料的磁效应,普遍存在于自然界中.宇宙天体按照磁场可大致分为具有和没有内禀磁场的星体两大类.太阳系中的水星、地球、木星、土星、天王星和海王星等行星具有全球性的偶极子磁场,星体的磁矩与星体的角动量成正比.木星的磁矩最强,约为地球的2000倍,水星磁矩最弱,约为地球的1/1430.目前,普遍认为行星的内禀磁场起源于星体内部的外核发电机过程,穿过星体内部扩展至星体的空间中,与星际空间中的等离子体相互形成行星磁层,保护行星的大气,构成行星的空间环境.火星是地球的一颗兄弟行星，它与地球有很多相似的特征，称为类地行星，如都是固体行星，都具有壳、幔和核等多层内部结构。但是火星的磁场和地球磁场形态却迥然不同，地球具有较强的偶极子场和较弱的岩石圈磁场，火星没有较强的全球性的偶极子场，却有很强的岩石圈磁场。由于火壳的磁化需要磁化场，所以这些剩余磁场预示火星过去可能存在磁场发电机，有些撞击坑的岩石退磁，磁场较弱，根据撞击坑撞击时间推测发电机在40亿年前停止了。火星岩石圈磁场分布具有显著的南北半球差异性，强磁场主要集中在南北球，在有些地区表现出强弱磁场交替的条纹状结构，与地球海底条纹状磁异常相似。对于火星岩石圈磁场分布的解释也存在很大的争议性。火星岩石圈的条纹状结构被归因于海底扩张和偶极子场反转，与早期火星的动力学和演化过程有关。但是，也有人提出了不同解释，如与褶皱和水化学交替、重复的岩脉侵入，和增积岩层等地质过程有关。火星磁场的探测资料非常有限，目前还没有确定的证据说明磁场的起因，本文意在介绍一些火星的研究进展。火星磁场与火星大气演化的关系也是目前的研究热点之一。太阳风与缺少偶极场的火星相互作用产生了火星特殊的空间环境，而剩余磁场影响着太阳风与火星的作用过程和火星空间环境的演化。近十几年内，月球科学掀起了第二次探测高峰，美国的Clementine、Lunar Prospector（LP）和ARTEMIS卫星、中国的嫦娥（CE-1、CE-2和CE-3）、日本的SELENE、和印度的Chandrayaan-1等月球卫星计划的观测取得了一系列创新性科研成果，揭示了月球磁场的形成和演化的新机制，被称为月球的"文艺复兴"。总之，火星和月球的磁场探测，可以使深入地了解火星和月球内部的动力学过程和全球磁场的演化过程，对认识火星大气和气候的演化过程具有重要的科学意义。利用地球知识可以帮助认知火星和月球磁场的起源和时空演化特征，通过研究火星和月球磁场也有助于了解地球磁场的过去或者未来。