透過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡，我們能看到月球表面布滿了大大小小的環(huán)形山，這些凹凸不平的坑洞是流星體撞擊月球留下的疤痕——隕石坑。

月球表面布滿了大大小小的隕石坑，然而卻有一個(gè)“偽裝者”暗藏其中：遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，它似乎也是一個(gè)隕石坑，但實(shí)際上卻并非如此！這個(gè)神秘的月球地貌就是賴納伽瑪（Reiner Gamma）。

月球環(huán)形山和它的“偽裝者”

在了解這位“偽裝者”之前，我們先來(lái)看看真正的月球環(huán)形山長(zhǎng)什么樣。環(huán)形山也被稱作隕石坑，是月球表面的碗狀凹坑：坑底相對(duì)平坦，周圍隆起成一圈高高的坑壁。一些大型隕石坑中央還會(huì)隆起并形成“中央峰”，這是撞擊時(shí)月表反彈形成的結(jié)構(gòu)。總之，典型隕石坑都有明顯的高度起伏，當(dāng)陽(yáng)光照在這些區(qū)域的時(shí)候，就會(huì)形成明顯的明暗界面：向陽(yáng)的一側(cè)會(huì)十分明亮，背陰的一側(cè)會(huì)有明顯的陰影，明暗變化也會(huì)隨著太陽(yáng)和月球的相對(duì)位置發(fā)生改變。

有的環(huán)形山四周還有放射狀的“輻射紋”結(jié)構(gòu)，這是小天體高速撞擊時(shí)濺射出的月壤形成的。由于暴露在太陽(yáng)輻射下的時(shí)間較短，這些噴出的月壤比周圍古老的月壤更明亮。同時(shí)，有這種結(jié)構(gòu)的環(huán)形山往往也是相對(duì)“年輕”的。

環(huán)形山、中央峰、輻射紋的結(jié)構(gòu)與其在太陽(yáng)照射下的明暗變化

（圖片來(lái)源：Damian Peach）

那么，我們開篇提到的“賴納伽瑪”是什么？它是怎么“偽裝”成環(huán)形山的？

賴納伽瑪位于風(fēng)暴洋（Oceanus Procellarum）西部、賴納隕石坑的正西方，中心月面坐標(biāo)約北緯7.5度、西經(jīng)59度。從地球上用望遠(yuǎn)鏡朝月亮西側(cè)看去，賴納伽瑪在月海和其他隕石坑一樣，呈現(xiàn)為一個(gè)明亮的橢圓斑塊，但它的形態(tài)又有些凌亂不規(guī)則——這團(tuán)亮斑呈彌散的渦旋狀，好似有人在月球上潑灑了一縷巨大的乳白色油彩，再用畫筆輕輕一揮，留下飄逸的曲線圖案。如果把月海的平坦表面比作一杯黑咖啡，那么賴納爾伽瑪就仿佛是在咖啡中倒入牛奶輕輕攪拌時(shí)產(chǎn)生的漩渦，在月面上蜿蜒流轉(zhuǎn)。

賴納伽瑪（左）與賴納環(huán)形山（右）

（圖片來(lái)源：齊一凡）

“偽裝者”的真實(shí)身份是什么？

賴納伽瑪雖然遠(yuǎn)看像個(gè)雜亂的環(huán)形山，但細(xì)看卻與真正的隕石坑截然不同，這種差異在月表高程數(shù)據(jù)（是指反映月面地形高低起伏的遙感測(cè)量結(jié)果）上得以清晰的體現(xiàn)。

光學(xué)觀測(cè)（左）與嫦娥2號(hào)地形數(shù)據(jù)（右）的對(duì)比

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3]）

月面地形圖清楚地顯示，賴納環(huán)形山的西面實(shí)際就是一片“平原”——它既沒有環(huán)形的坑沿，也沒有凹陷的坑底，更沒有任何中央峰或噴發(fā)物堆積，完全不是一個(gè)隕石撞擊坑！它僅僅是平坦月表上的一片淺色紋理，因其與真正的環(huán)形山在太陽(yáng)照射時(shí)的明暗變化非常類似，所以才會(huì)長(zhǎng)期作為“偽裝者”使觀測(cè)者混淆。如果未來(lái)有航天員站在賴納伽瑪上，腳下踩的不會(huì)是巨大的坑谷，而只是一片略微比別處更亮的月壤而已。

另外，賴納伽瑪既沒有任何隕石撞擊月表形成的拋射物堆積，也不存在典型隕坑新鮮、明亮的射紋結(jié)構(gòu)——它的亮度分布并非以撞擊點(diǎn)為中心向外輻射，而是扭曲成渦旋狀。這一切都表明：賴納伽瑪只是“貌似”環(huán)形山，本質(zhì)上與其完全不同。

賴納伽瑪月貌是如何形成的呢？

奇特的賴納伽瑪月貌是如何形成的呢？科學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)線索來(lái)自磁場(chǎng)。

20世紀(jì)70年代的阿波羅任務(wù)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在月球表面某些區(qū)域存在局部磁異常現(xiàn)象，而賴納伽瑪所在區(qū)域正是已知月球表面磁場(chǎng)最強(qiáng)的區(qū)域之一。

1998年，NASA的“月球勘探者號(hào)（Lunar Prospector）”在距離月表約30千米的低軌道上，探測(cè)器測(cè)得賴納伽瑪磁場(chǎng)強(qiáng)度約有十幾納特，之后日本“輝夜號(hào)（KAGUYA）”等任務(wù)也在不同的高度證實(shí)了這一磁異常。雖然這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地球磁場(chǎng)（地球表面磁場(chǎng)約30000納特），但對(duì)幾乎沒有全球磁場(chǎng)的月球而言已相當(dāng)可觀。科學(xué)家據(jù)此推測(cè)，賴納伽瑪上空存在一個(gè)小型的“磁泡”，也被稱為微型磁層。這個(gè)局部磁場(chǎng)范圍直徑約數(shù)百千米，它能夠像盾牌一樣部分擋住迎面而來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)粒子。

太陽(yáng)風(fēng)是來(lái)自太陽(yáng)的高速帶電粒子流，會(huì)不斷“轟擊”裸露的月球表層。長(zhǎng)期下來(lái)，月壤在太陽(yáng)風(fēng)的作用下會(huì)發(fā)生“風(fēng)化”，把月表“曬”得越來(lái)越暗。而賴納伽瑪上空的磁場(chǎng)恰似給月面撐起了一把“遮陽(yáng)傘”：它將太陽(yáng)風(fēng)擋在外面，使這一帶的月壤相對(duì)來(lái)說(shuō)更不易被太陽(yáng)風(fēng)“曬黑”。

磁異常形成的“微型磁層”保護(hù)賴納伽瑪?shù)哪M圖

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

就這樣，大自然在月球上繪制出了獨(dú)特的明暗交錯(cuò)渦旋圖案。這一解釋很好地闡明了賴納伽瑪雖然沒有撞擊坑緣，卻依然保持明亮特征的原因。

這些磁場(chǎng)從何而來(lái)？謎團(tuán)仍未解開

目前，大部分科學(xué)家認(rèn)為賴納伽瑪?shù)某梢蚺c月球殼層的磁性密切相關(guān)。簡(jiǎn)而言之，月球某些區(qū)域埋藏著強(qiáng)磁化的巖石，它們形成了局部磁場(chǎng)，長(zhǎng)期偏轉(zhuǎn)了太陽(yáng)風(fēng)，從而塑造出這些奇異的高反照率漩渦花紋。

然而，關(guān)于這些磁場(chǎng)本身從何而來(lái)、渦旋圖案為何呈現(xiàn)現(xiàn)在這樣的形態(tài)，仍有不少謎團(tuán)。

有假說(shuō)認(rèn)為，這可能和遠(yuǎn)古月球的劇烈撞擊事件有關(guān)：在月球形成早期，月內(nèi)部或曾存在液態(tài)鐵核并產(chǎn)生整體磁場(chǎng)。如果某顆大型小行星撞擊月球，其沖擊產(chǎn)生的高溫等離子體云（是指撞擊瞬間使月表物質(zhì)氣化并電離形成的帶電高溫氣體）會(huì)沿著月球表面繞行，并將月球原有的磁力線推擠匯聚到撞擊點(diǎn)正對(duì)的背面。這種效應(yīng)可能使撞擊對(duì)跖點(diǎn)（即正好在月球另一面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)）磁場(chǎng)異常集中，從而在月殼留下強(qiáng)磁化區(qū)域。

巧合的是，月球背面后來(lái)確實(shí)發(fā)現(xiàn)了兩處類似賴納伽瑪?shù)匿鰷u斑，它們恰好分別位于雨海和東方海這兩大撞擊盆地的對(duì)跖點(diǎn)附近。這不禁讓我們猜測(cè)，月球正面的大碰撞事件或許在背面“烙”下了這些渦旋的印記。但令人困惑的是：賴納伽瑪本身所在的位置卻并不對(duì)應(yīng)任何已知的大型撞擊盆地。作為月球漩渦的最典型代表，賴納伽瑪反而無(wú)法用這一假說(shuō)解釋，成了“無(wú)法套入公式的例外”。

另一些研究者提出了彗星撞擊假說(shuō)：他們推測(cè)，曾經(jīng)可能有一顆小彗星以極低的角度掠過(guò)或撞上月表，在賴納伽瑪區(qū)域釋放出特殊的帶電等離子體或塵埃物質(zhì)，使月壤受到瞬間磁化或電荷重組，從而形成了漩渦狀的亮斑。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，彗星就像一支“巨型噴槍”，給月面吹出了一幅奇怪的圖案。不過(guò)，這種假說(shuō)目前缺乏直接證據(jù)支持，科學(xué)界對(duì)此仍有爭(zhēng)議。

近年來(lái)，科學(xué)家們還嘗試運(yùn)用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)等離子體模擬來(lái)解開賴納伽瑪之謎。科學(xué)家在2018年成功再現(xiàn)了賴納伽瑪?shù)男螒B(tài)，證明局部磁場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的阻擋確實(shí)可以形成漩渦圖案。與此同步進(jìn)行的新觀測(cè)也揭示出一些意想不到的細(xì)節(jié)：漩渦明亮區(qū)的月壤成分、孔隙率和顆粒大小都與周圍暗區(qū)略有差異，這意味著除了磁場(chǎng)之外，可能還有其他因素參與塑造這些結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，賴納伽瑪?shù)男纬煽赡懿⒎菃我辉颍@一謎團(tuán)的完整解答仍有賴于更多證據(jù)的積累。

科學(xué)家研究賴納伽瑪，有什么意義呢？

賴納伽瑪這個(gè)“偽裝者”的發(fā)現(xiàn)和研究，具有非凡的科學(xué)意義。

一方面，月球漩渦的存在意味著月球巖石曾經(jīng)留存磁性，這為探索月球早期是否存在全球磁場(chǎng)提供了線索——如果月球曾有發(fā)達(dá)的磁場(chǎng)，那么這些漩渦可能是遠(yuǎn)古月核磁場(chǎng)與撞擊事件相互作用的“地質(zhì)”記錄。

另一方面，賴納伽瑪堪稱一個(gè)天然的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，讓我們得以在沒有大氣的條件下研究太陽(yáng)風(fēng)對(duì)行星表面的風(fēng)化作用。正是通過(guò)研究這些漩渦區(qū)域的土壤成分和光學(xué)特性，科學(xué)家們更清晰地揭示了太陽(yáng)風(fēng)如何逐漸“曬黑”月壤，以及局部磁場(chǎng)在其中扮演了怎樣的“遮陽(yáng)傘”角色。

這些認(rèn)識(shí)不僅為破解月球演化歷史提供了新視角，對(duì)人類未來(lái)在月球或其它無(wú)大氣天體上的活動(dòng)也有指導(dǎo)意義，比如如何利用人造磁場(chǎng)來(lái)保護(hù)航天員和設(shè)備免受太陽(yáng)風(fēng)侵襲。

參考文獻(xiàn)：

[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：科普中國(guó)

作者：齊一凡（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢））

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