他星体可能就没有那么幸运了，比如说我们的姊妹星——火星、金星。它们同样处于地球的宜居带里，太阳辐射温度相对适宜，可能会适宜人类生存。但就现状而言，火星的大气非常稀薄，已经基本没有大气了。金星有大气，但它上面的氢和氧正以2:1的比例在不断逃逸，也就是说上面的水在不断地流失。这些现象最直接的原因，就是火星、金星上没有全球性的磁场，缺少保护。
对于我研究的月球而言，情况更为过分。月球没有全球性的磁场，也没有大气，所以我们常说它是一个“死的星球”。“死的星球”一方面是说星球内部的动力学过程已经停止，另一方面是说因为没有大气和水，所以月球上可能也没有生物。现在在月球上还没有找到生物的迹象，至于以后能不能找到，这是未来探索的一个任务。

其实，月球在历史上是有磁场的。而在形成的早期到10亿年前，这个磁场一直在衰减，这是我们通过阿波罗采回来的样品得出的结论。阿波罗采回来的样品形成于不同的时期，并在形成的时候把当时月球的磁场记录了下来。

▲来源：Cai et al., 2024
我们把测到的样品年龄和它所记录的磁场做了时间轴排序。我们原本认为，月球磁场在42亿年前月球形成的早期最强，随后一直在衰减（蓝色的线标示），但我们从“嫦娥六号”采集返回的样品中发现，这个20多亿年前形成的样品记录了一个很强的磁场，也是磁场的一个高峰，这就打破了原来的说法。月球内部动力学的演化不是一个一直衰减的过程，可能中间有几次反复。这对月球形成演化的过程研究是一个很大的挑战，我们怎么去理解这个事情，也是值得考虑的问题。
没有全球性的磁场之后，月球的现状是什么样的？在十亿年前主磁场消失以后，月球现在就剩下一些小尺度的磁场结构。月球的半径是1700公里，这些磁场尺度只有百公里，强度只有地球的1/100，是非常小的磁场。

这些小尺度磁场在月面的分布是有规律的，要么位于大型撞击坑的旁边，要么位于撞击坑的对面。我们现在认为这和小行星撞击的过程相关。在撞击的过程中，溅射的熔融物洒落到旁边，冷却的时候把当时的磁场记录下来了；或者撞击过程形成的冲击波、地震波，在月球里面传播，能量在对面汇聚，让对面的物性发生改变，记录下当时的磁场。因为记录的是当时的磁场，所以我们把这些磁场称之为“剩磁”，月面的磁场也就叫月面的剩磁。

▲左：热磁化（撞击坑侧），Wieczorek et al., 2012右：冲击磁化（撞击对跖点），Hood et al., 1991
这些剩磁对月面有没有作用呢？下图是我们日常见到的月面的图像。天气好的时候，大家抬头看月亮就能看到这样一个图像。月面上有一个特点，有的地方是黑色的，这些黑色的区域称之为“月海”。也有一些地方是亮的，亮的地方是“高地”，是月球形成的、最古老的物质成分。因为高地在月面上受各种陨石、小行星轰击的累计历史次数最多，于是它变得坑坑洼洼、碎屑很多，而从光学上，反射率就比较高，所以看起来是白的。

但是并非所有的白的区域都是这样，这个图的左下角有一个特殊区域，我们把它称之为“大白斑”，官方名字叫“Reiner Gamma大白斑”。这个区域不是一个撞击坑，因为阿波罗计划以及嫦娥系列的卫星早就在上面飞了好多次了，发现这个地方是平的，什么都没有，和周围的黑色区域是一模一样的，但是看起来却是白的。背后的原因是什么呢？我们经过空间物理研究的探测发现，这个地方有很强的磁场，如同地球的磁场保护地球一样，这个地方的磁场保护了月面。

▲月面大白斑区域的磁场
月球上的“特殊”白斑
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要解释这个大白斑，首先要从周围的黑色区域怎么形成说起。黑色区域月面长期受到太阳风的轰击，太阳风主要的成分是氢，氢具有还原性，而月面以氧化物为主。氧化物在氢的还原作用下，能把各种价态的铁吸出来，形成微小的铁颗粒。我们把这些微小的铁颗粒称之为“纳米铁”。纳米铁很多的地方，远远地看就是黑色的。大白斑没有太阳风的轰击，所以就呈现白色的。
如果这个理论是完美的，那么把月球上所有的白斑区域（标黄处）和所有的磁场区域做一个比对，它们应该是一一相对应的关系。但是，出现了例外，比如圆圈圈出来的这个地方是有白斑的，但是没有磁场。所以，没有磁场也能产生白斑。

这个白斑是怎么形成的？我们调研了大量的卫星在上方记录的磁场，发现这个地方并不是没有磁场，而是磁场一直在动态变化，有时候强，有时候弱，有时候正，有时候负。绘制磁场分布图的时候，一平均，那个区域就没有磁场了，但实际上是有动态磁场的，而且有时候很强。

▲左：白斑右：磁场
这个动态磁场是怎么产生的？这就像你拿一个动来动去的磁铁，不管磁铁怎么放，都能吸住旁边的铁球。原因是铁有一种特殊的性质，放在磁场里会产生一个和原来磁场一模一样的极性，比如这个磁场是南极、北极，这个铁也会产生一个相同方向的南极、北极，所以铁的南极和磁铁的北极就一直靠在一起、相互吸引。当这个磁场运动的时候，铁产生的磁场就会动，因此，运动的磁场能让铁也产生一个运动的磁场。

月球这个地方的动态磁场是怎么产生的？我们知道，太阳也是有磁场的，而且是在不断运动的过程中。我们推断，月球的这个区域有铁。最后，我们详细地分析了这个地方磁场扰动的强度，发现它的磁化率是2.8。2.8磁化率的意思是太阳的磁场是1个纳特，这个地方产生自己的磁场是2.8个纳特，可以看出是比较强的。在自然界能产生这么强顺磁化率的，基本上只能是铁，于是我们差不多能确定这是铁。

▲莫斯科坑区域磁化率高达2.8
但是，这个证据看起来还是不太确切。这个莫斯科撞击区域还有另外一个特点——重力场强度非常大，达到1000 mGal。重力场在月面上的作用是什么？它其实反映出地面浅表的物质密度大小。月面上的物质一般是3.0 g/cm3，如果要产生1000 mGal的重力场强度，需要物质成分的密度非常大。如果用铁去理解这个物质，问题就迎刃而解了，铁的密度是7.8 g/cm3。所以，从磁场和重力的证据，都可以说明这个地方可能有大规模的铁。

▲莫斯科坑区域的极端重力异常
事实上，铁在月面上是很难存在的，原因跟月球的起源有关。现在最流行的理论是，月球起源于地球被一个小行星的撞击，在撞击的过程，地球最表面的那一层物质被打出来了，我们称之为分异成功，分异就是重的成分已经沉到地心里，轻的成分浮在上面。

表面的物质是比较轻的，铁这些重成分在地核里没有被打出来，所以形成的月球是比较轻的，而且贫铁的。因此，不是我们聪明，能提出来说这个地方有铁，别人就没想到，而是这些理论阻止了他们去想。
事实上，月球还有大规模的铁富集。既然月球形成的过程不能产生铁，那么这些铁到底怎么来的？内源不行我们就向外找外源带来物质，其中很重要的过程就是撞击。一般来说，月球上的撞击坑都是对称的，要不就是一个圆，但是莫斯科坑这个地方是一个椭圆。常规的月面环形山如果有两个，应该是同心的，但是这个区域是椭圆的且偏心的。

▲左：常规月面环形山的对称形貌右：莫斯科坑的非对称形貌
更特别的是，莫斯科坑内部还有一个月牙形的隆起，根据最致密的物质分布图（右下图）显示，在这个隆起的后面，像是有一个东西冲击过来、撞击，然后陷在里面了。我们提出外来物质陷在这儿的设想，但是这个设想，在地学里面是天方夜谭，不太可能。因为月球撞击的速度一般是10-20 km/s，首先撞击的坑应该是圆形的、对