月球上的伪装者：你以为的陨石坑，其实竟是局部的磁场异常

透过天文望远镜，我们能看到月球表面布满了大大小小的环形山，这些凹凸不平的坑洞是流星体撞击月球留下的疤痕——陨石坑。

月球表面布满了大大小小的陨石坑，然而却有一个“伪装者”暗藏其中：远远看去，它似乎也是一个陨石坑，但实际上却并非如此！这个神秘的月球地貌就是赖纳伽玛（Reiner Gamma）。

月球环形山和它的“伪装者”

在了解这位“伪装者”之前，我们先来看看真正的月球环形山长什么样。环形山也被称作陨石坑，是月球表面的碗状凹坑：坑底相对平坦，周围隆起成一圈高高的坑壁。一些大型陨石坑中央还会隆起并形成“中央峰”，这是撞击时月表反弹形成的结构。总之，典型陨石坑都有明显的高度起伏，当阳光照在这些区域的时候，就会形成明显的明暗界面：向阳的一侧会十分明亮，背阴的一侧会有明显的阴影，明暗变化也会随着太阳和月球的相对位置发生改变。

有的环形山四周还有放射状的“辐射纹”结构，这是小天体高速撞击时溅射出的月壤形成的。由于暴露在太阳辐射下的时间较短，这些喷出的月壤比周围古老的月壤更明亮。同时，有这种结构的环形山往往也是相对“年轻”的。

环形山、中央峰、辐射纹的结构与其在太阳照射下的明暗变化

（图片来源：Damian Peach）

那么，我们开篇提到的“赖纳伽玛”是什么？它是怎么“伪装”成环形山的？

赖纳伽玛位于风暴洋（Oceanus Procellarum）西部、赖纳陨石坑的正西方，中心月面坐标约北纬7.5度、西经59度。从地球上用望远镜朝月亮西侧看去，赖纳伽玛在月海和其他陨石坑一样，呈现为一个明亮的椭圆斑块，但它的形态又有些凌乱不规则——这团亮斑呈弥散的涡旋状，好似有人在月球上泼洒了一缕巨大的乳白色油彩，再用画笔轻轻一挥，留下飘逸的曲线图案。如果把月海的平坦表面比作一杯黑咖啡，那么赖纳尔伽玛就仿佛是在咖啡中倒入牛奶轻轻搅拌时产生的漩涡，在月面上蜿蜒流转。

赖纳伽玛（左）与赖纳环形山（右）

（图片来源：齐一凡）

“伪装者”的真实身份是什么？

赖纳伽玛虽然远看像个杂乱的环形山，但细看却与真正的陨石坑截然不同，这种差异在月表高程数据（是指反映月面地形高低起伏的遥感测量结果）上得以清晰的体现。

光学观测（左）与嫦娥2号地形数据（右）的对比

（图片来源：参考文献[3]）

月面地形图清楚地显示，赖纳环形山的西面实际就是一片“平原”——它既没有环形的坑沿，也没有凹陷的坑底，更没有任何中央峰或喷发物堆积，完全不是一个陨石撞击坑！它仅仅是平坦月表上的一片浅色纹理，因其与真正的环形山在太阳照射时的明暗变化非常类似，所以才会长期作为“伪装者”使观测者混淆。如果未来有航天员站在赖纳伽玛上，脚下踩的不会是巨大的坑谷，而只是一片略微比别处更亮的月壤而已。

另外，赖纳伽玛既没有任何陨石撞击月表形成的抛射物堆积，也不存在典型陨坑新鲜、明亮的射纹结构——它的亮度分布并非以撞击点为中心向外辐射，而是扭曲成涡旋状。这一切都表明：赖纳伽玛只是“貌似”环形山，本质上与其完全不同。

赖纳伽玛月貌是如何形成的呢？

奇特的赖纳伽玛月貌是如何形成的呢？科学家很快发现线索来自磁场。

20世纪70年代的阿波罗任务中，科学家发现，在月球表面某些区域存在局部磁异常现象，而赖纳伽玛所在区域正是已知月球表面磁场最强的区域之一。

1998年，NASA的“月球勘探者号（Lunar Prospector）”在距离月表约30千米的低轨道上，探测器测得赖纳伽玛磁场强度约有十几纳特，之后日本“辉夜号（KAGUYA）”等任务也在不同的高度证实了这一磁异常。虽然这个数值远远小于地球磁场（地球表面磁场约30000纳特），但对几乎没有全球磁场的月球而言已相当可观。科学家据此推测，赖纳伽玛上空存在一个小型的“磁泡”，也被称为微型磁层。这个局部磁场范围直径约数百千米，它能够像盾牌一样部分挡住迎面而来的太阳风粒子。

太阳风是来自太阳的高速带电粒子流，会不断“轰击”裸露的月球表层。长期下来，月壤在太阳风的作用下会发生“风化”，把月表“晒”得越来越暗。而赖纳伽玛上空的磁场恰似给月面撑起了一把“遮阳伞”：它将太阳风挡在外面，使这一带的月壤相对来说更不易被太阳风“晒黑”。

磁异常形成的“微型磁层”保护赖纳伽玛的模拟图

（图片来源：参考文献[2]）

就这样，大自然在月球上绘制出了独特的明暗交错涡旋图案。这一解释很好地阐明了赖纳伽玛虽然没有撞击坑缘，却依然保持明亮特征的原因。

这些磁场从何而来？谜团仍未解开

目前，大部分科学家认为赖纳伽玛的成因与月球壳层的磁性密切相关。简而言之，月球某些区域埋藏着强磁化的岩石，它们形成了局部磁场，长期偏转了太阳风，从而塑造出这些奇异的高反照率漩涡花纹。

然而，关于这些磁场本身从何而来、涡旋图案为何呈现现在这样的形态，仍有不少谜团。

有假说认为，这可能和远古月球的剧烈撞击事件有关：在月球形成早期，月内部或曾存在液态铁核并产生整体磁场。如果某颗大型小行星撞击月球，其冲击产生的高温等离子体云（是指撞击瞬间使月表物质气化并电离形成的带电高温气体）会沿着月球表面绕行，并将月球原有的磁力线推挤汇聚到撞击点正对的背面。这种效应可能使撞击对跖点（即正好在月球另一面的对应点）磁场异常集中，从而在月壳留下强磁化区域。

巧合的是，月球背面后来确实发现了两处类似赖纳伽玛的漩涡斑，它们恰好分别位于雨海和东方海这两大撞击盆地的对跖点附近。这不禁让我们猜测，月球正面的大碰撞事件或许在背面“烙”下了这些涡旋的印记。但令人困惑的是：赖纳伽玛本身所在的位置却并不对应任何已知的大型撞击盆地。作为月球漩涡的最典型代表，赖纳伽玛反而无法用这一假说解释，成了“无法套入公式的例外”。

另一些研究者提出了彗星撞击假说：他们推测，曾经可能有一颗小彗星以极低的角度掠过或撞上月表，在赖纳伽玛区域释放出特殊的带电等离子体或尘埃物质，使月壤受到瞬间磁化或电荷重组，从而形成了漩涡状的亮斑。简单来说，彗星就像一支“巨型喷枪”，给月面吹出了一幅奇怪的图案。不过，这种假说目前缺乏直接证据支持，科学界对此仍有争议。

近年来，科学家们还尝试运用超级计算机对等离子体模拟来解开赖纳伽玛之谜。科学家在2018年成功再现了赖纳伽玛的形态，证明局部磁场对太阳风的阻挡确实可以形成漩涡图案。与此同步进行的新观测也揭示出一些意想不到的细节：漩涡明亮区的月壤成分、孔隙率和颗粒大小都与周围暗区略有差异，这意味着除了磁场之外，可能还有其他因素参与塑造这些结构。也就是说，赖纳伽玛的形成可能并非单一原因，这一谜团的完整解答仍有赖于更多证据的积累。

科学家研究赖纳伽玛，有什么意义呢？

赖纳伽玛这个“伪装者”的发现和研究，具有非凡的科学意义。

一方面，月球漩涡的存在意味着月球岩石曾经留存磁性，这为探索月球早期是否存在全球磁场提供了线索——如果月球曾有发达的磁场，那么这些漩涡可能是远古月核磁场与撞击事件相互作用的“地质”记录。

另一方面，赖纳伽玛堪称一个天然的实验场，让我们得以在没有大气的条件下研究太阳风对行星表面的风化作用。正是通过研究这些漩涡区域的土壤成分和光学特性，科学家们更清晰地揭示了太阳风如何逐渐“晒黑”月壤，以及局部磁场在其中扮演了怎样的“遮阳伞”角色。

这些认识不仅为破解月球演化历史提供了新视角，对人类未来在月球或其它无大气天体上的活动也有指导意义，比如如何利用人造磁场来保护航天员和设备免受太阳风侵袭。

参考文献：

[1] Blewett, D. T., Coman, E. I., Hawke, B. R., Gillis-Davis, J. J., Purucker, M. E., & Hughes, C. G. (2011). Lunar swirls: Examining crustal magnetic anomalies and space weathering trends. Journal of Geophysical Research, 116. https://doi.org/10.1029/2010JE003656

[2] Deca, J., Poppe, A. R., Divin, A., & Lembège, B. (2021). The plasma environment surrounding the Reiner Gamma magnetic anomaly. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2021JA029180. https://doi.org/10.1029/2021JA029180

[3] Hu, J.; Liu, J.; Liu, J.; Deng, J.; Zhang, S.; Lei, D.; Zeng, X.; Huang, W. The Geological Investigation of the Lunar Reiner Gamma Magnetic Anomaly Region. Remote Sens. 2024, 16, 4153. https://doi.org/10.3390/rs16224153

[4] Deca, J., Divin, A., Lue, C. et al. Reiner Gamma albedo features reproduced by modeling solar wind standoff. Commun Phys 1, 12 (2018). https://doi.org/10.1038/s42005-018-0012-9

出品：科普中国

作者：齐一凡（中国地质大学（武汉））

监制：中国科普博览