【儀表網 研發快訊】月殼存在的大規模磁化現象指示月球曾存在月球發電機磁場。而現今月球已不存在全球性磁場，表明月球的發電機作用已停止。月球磁場發電機的演化與月核的生長和輸運性質如電導率、熱導率相關。因此，基于月核熱導率構建月核的熱演化和發電機模型，對于探討月球熱化學、內部動力學、月球磁場演化等具有重要意義。
有研究基于阿波羅月震數據和現今軌道觀測數據分析推測，月球可能存在固態金屬內核和液態金屬外核。同時，月核可能存在的輕元素如S、P等的豐度會改變固態內核的形成方式，進而影響月核的熱演化與磁場演化。
近期，中國科學院地球化學研究所翟雙猛課題組利用多面頂大腔體壓機在高溫高壓條件下測量了兩種Fe-S-P合金的電阻率。結合此前對月核中硫和磷含量的限定，課題組通過Wiedemann-Franz定律計算出現今月核的熱導率約為23.40 W/m/K。基于這一結果，課題組建立了Fe-S-P月核的生長模型、熱通量模型和發電機模型。
月核的生長模型表明，月球的固態內核在43.5億年前開始以“自下而上”的方式結晶生長。然而，由于硫和磷在固相鐵中極低的溶解度，液態外核中硫和磷的豐度逐漸升高，且在約35億年前硫和磷的總量達到臨界值3.5 wt%，月核的生長機制轉變成“從上而下”的方式。
月核的熱通量模型表明，月球核幔邊界處絕熱傳導的熱通量qad為2.06-2.34 mW/m2，絕熱傳導的熱流Qad為2.82-3.20 GW。研究結合月核熱演化模型發現，熱驅動的月核發電機只可維持到35.1-37.8億年前。現今月球核幔邊界處的熱流值QTCMB為1.3 GW，小于液態外核頂部的絕熱傳導熱流Qad，佐證了熱驅動的月核發電機不可能維持至今。
浮力通量Fb、歐姆耗散熵EΦ、Reynolds數值等約束條件均支持Fe-S-P月核發電機在月球高場強時期能夠正常運行，但Fe-S-P月核發電機僅能夠在月表產生0.1-0.4 μT的磁場。因此，研究推測，可能存在其他機制如底部巖漿洋、隕石撞擊、月球自轉改變、月幔翻轉等驅動發電機產生高強度的月磁場。隨著固態內核生長機制的轉變，熵耗散EΦ和Elsasser數值結果表明月球磁場不穩定，月核發電機無法穩定運行；底部巖漿洋在35億年前固化。而多種生磁機制的消失可能是月球磁場驟降的主要原因。
相關研究成果發表在《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)以及貴州省等的支持。
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