在过去几十年中，月球一直是人类空间探测和行星科学研究的重要对象。作为距离地球最近的天体，研究月球内部结构及其与太阳风的相互作用，不仅有助于认识类地天体的形成与演化过程，也为未来深空探测任务提供重要科学依据。电磁测深是一种可靠的行星内部探测手段。已有针对木卫一和木卫二的研究表明，在外部磁场突变条件下，通过对比观测数据与数值模拟结果可以有效约束行星内部结构。对于月球而言，其内部包含不导电的月壳、略微导电的月幔以及高度导电的月核，但内部电导率分布及精细分层仍存在较大不确定性。行星际磁场（IMF）的跃变是驱动月核产生感应回应的重要因素。未来在IMF跃变条件下，将嫦娥七号的磁场观测数据与数值模拟进行对比，有望进一步揭示月球内部结构。
月球临边压缩表现为月球尾迹外侧等离子体密度和磁场强度的增强。以往研究普遍认为，这一现象源于月球局部磁异常对太阳风的偏转作用。然而，月核对IMF跃变产生的感应响应同样会影响月球周围的等离子体环境，从而形成压缩结构。针对这一问题，中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室谢良海研究员、李磊研究员与澳门科技大学博士生易思琦、徐晓军教授合作，利用先进的三维时变磁流体力学（MHD）模拟，探讨月核感应场对IMF突变的瞬态响应及其引起的临边压缩的演化过程，从而揭示其物理机制。
图1展示了z=0和x=-2R平面的磁场强度及x=-2R平面的等离子体数密度在五个时刻（1分、1分8秒、1分30 秒、3分和5分）的结果。1分为初始条件下的稳态结果，尾迹区域出现等离子体空腔，且其内部磁场增强，与既有模拟结果一致。与此同时，在x=1.5R处引入磁场跃变。1分8秒时这个间断面传至月球下游约0.5R处，月核产生感应电流。感应电流在月核内产生的磁场抵消了外部磁场变化，而月核外的感应磁场方向与外部磁场一致。两者叠加后，月核以外至月表以内区域的总磁场强度高于月表以外的背景场。1分30秒时，月核感应电流增强，月表内的磁场也增强，月球临边附近出现磁场和等离子体密度的增强（即临边压缩）。3分时，内部感应电流及磁场进一步增强，临边压缩更为显著。5分时，内部磁场减弱，临边压缩随之减弱。
图1 磁场及粒子密度的压缩特征在不同平面的动态变化
图2展示了月核感应磁场引起临边压缩的物理机制。IMF及其变化均沿z方向，月核感应电流产生的磁场在核内指向−z，在核外指向+z。这使月表以内的总磁场增强，形成磁压梯度（-▽PB）。根据安培定律（J=1⁄μ0▽×B），该梯度在日下点造成y向的电流J，并通过F=J×B产生沿x方向的磁压力，将等离子体向外推动。由于向阳面太阳风动压很强，这里的磁压力不足以抵抗太阳风形成压缩；而在晨昏线附近，太阳风径向动压显著减弱，磁压梯度得以抵抗动压和热压，激发沿y方向传播的快模磁声波，其跟随太阳风向下游流动，在马赫锥附近形成压缩结构。
图2：月核感应磁场引起月球临边压缩的物理机制示意图。（a）在月心太阳黄道（SSE）坐标系下的三维示意图。（b）z=0平面下的示意图。图中标出了磁场（B）、电流（J）以及磁力（F=J×B）。
该研究从动态角度揭示了月核感应磁场引起临边压缩的物理机制，为理解月球与太阳风相互作用提供了新的认识。该项研究成果发表在The Astrophysical Journal上。
在此基础上，研究团队进一步通过数值模拟研究月核半径、月核电导率以及上游磁场变化对月球内部感应响应及其所引起的临边压缩的影响。结果如图三所示：较大的月核半径、较高的电导率以及较强的磁场变化，均会增强感应磁场并产生更明显的压缩特征。然而，当月核电导率超过0.1 S/m时，进一步增加电导率对结果影响不大。相关结果与经典导电球体磁感应理论预期一致。该研究揭示了月球导电核在太阳风与月球相互作用中的重要作用，也为未来结合数值模拟与嫦娥七号磁场观测数据进一步约束月球内部结构提供了重要参考。该项研究成果发表在Monthly Notices of the Royal Astronomical Society上。
图3 不同月核半径、电导率及磁场变化幅度下月球内部感应响应和临边压缩的对比
该成果得到国家自然科学基金，澳门特别行政区科技发展基金，空间中心攀登计划，中科院青促会等资助。
Citation: Yi, S., Xu, X., Xie, L., Wang, X., Xu, Q., Li, L., & Wang, C. (2025). Time-dependent MHD Simulation of the Lunar Limb Compression Caused by the Core-induced Magnetic Field. The Astrophysical Journal, 991(1), 60–60. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adff4c
Yi, S., Xu, X., Xie, L., Wang, X., Yang, P., Xu, Q., Li, L., Wang, C., Wang, J., Zhou, B., & Cheng, B. (2026). The influence of the lunar core size and conductivity on the lunar limb compression caused by the interior-induced magnetic field: an MHD study. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , stag591. https://doi.org/10.1093/mnras/stag591