月球已不再產生全球性磁場，但其古老磁性的痕跡仍鎖在月球岩石和土壤中。透過研究這些物質中保存的磁性礦物，科學家可以重建月球的磁場環境如何隨時間變化。
研究人員分析嫦娥六號月球土壤中的撞擊玻璃內的金屬鐵，現已首次在天然月球樣本中識別出面心立方結構的 γ-Fe（γ-鐵）。
該研究由中國科學院（CAS）合肥物質科學研究院（HFIPS）強磁場科學中心教授杜海峰領導。研究結果於 9 月 16 日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
「這個微小的磁性化石可能有助於我們更好地理解月球古老的磁場歷史，」HFIPS 的團隊成員 Dr. Long Li 說。
隱藏在月球玻璃中的稀有鐵相
為了檢測樣本，研究人員使用了聚焦離子束製備、穿透式電子顯微鏡和化學分析等技術。這些技術揭示了嵌入玻璃材料中的大量奈米級鐵粒子。
更仔細的檢查顯示，其中一些粒子由面心立方結構的 γ-Fe 組成。事實上，γ-Fe 是所研究的兩個撞擊玻璃樣本中主要的鐵形態。
在正常條件下，γ-Fe 僅在高溫下穩定。隨著材料冷卻，它通常會轉變成另一種稱為 α-Fe 的形態。研究人員發現證據表明，月球撞擊產生的異常條件可能允許 γ-Fe 在月球表面得以保存。
他們提出，有幾個因素可能有助於穩定這種結構，包括少量碳和其他元素、撞擊產生的熔融物質快速冷卻，以及周圍玻璃基質的保護。
能夠保存磁性的微小粒子
該團隊還使用離軸電子全息術來研究單個 γ-Fe 奈米粒子的磁行為。
他們發現，相對較大的 γ-Fe 粒子可以形成穩定的單渦旋磁狀態。當暴露於外部磁場時，這些粒子也保持了一致的磁響應。
這種穩定性表明，γ-Fe 可能作為月球物質中先前未被認可的磁資訊記錄器，保存了月球過去存在的條件線索。
月球磁場歷史的新視窗
這項發現擴展了月球樣本中已知的磁性礦物種類。由於 γ-Fe 和 α-Fe 在不同條件下形成，並且磁行為不同，因此每一種都可能記錄了月球撞擊事件不同階段的資訊。
未來的研究需要確定這些礦物究竟能揭示多少關於月球古老磁場的資訊，以及該磁場是如何隨時間演變的。
