浙江
今天的月球，是一个没有全球磁场的世界。拿着指南针站在月面上，指针不会坚定地指向任何方向。
但科学家相信，月球并非一直如此：在遥远的过去，它很可能也曾拥有过由内部"发电机"驱动的磁场。那段消失的历史，并没有完全被抹去，而是悄悄封存在月球岩石和土壤里的磁性矿物之中。
最近，中国科学家在嫦娥六号带回的月壤中，找到了一种此前从未在天然月球样品中发现过的磁性矿物——一种特殊形态的金属铁，名为γ-Fe。
这项研究由中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心的杜海峰研究员领导，于9月16日发表在《美国国家科学院院刊》上。
在月球研究领域，古磁场一直是一块难啃的骨头，因为月球样品稀少，能可靠保存磁信号的矿物更少。
一种"不该出现"的铁
月球地形和磁异常。图片来源：李龙
铁是我们再熟悉不过的金属，但它的原子排列方式并不只有一种。常温下，我们日常接触的纯铁是"体心立方"结构，而γ-Fe则是"面心立方"结构，原子排列得更加紧密。
在地球上的常规条件下，纯铁的γ相只在900多摄氏度以上的高温中才能稳定存在，一旦冷却，通常会转变为其他结构。
所以，在常温的月壤中完好地找到它，确实出人意料。
研究团队从嫦娥六号月壤样品中挑选了三颗含铁颗粒进行分析，其中两颗是撞击玻璃碎片，另一颗是玄武岩。当他们从两份撞击玻璃样品中随机检查50个铁颗粒时，发现γ-Fe竟然是占主导地位的结构。
这些γ-Fe以纳米颗粒的形式，被包裹在撞击玻璃之中。科学家推测，小行星或陨石撞击月面时产生的极端高温高压，形成了γ-Fe，随后熔融物质迅速冷却成玻璃，把它"冻结"在原来的状态。
周围的撞击玻璃还可能像一层坚固的外壳，从机械上把这些颗粒牢牢锁住，阻止其转变结构。
微型磁旋涡里的"录音带"
找到γ-Fe只是第一步，更关键的问题是：它能不能记录磁场？研究人员借助电子全息技术，直接"拍摄"到了这些纳米颗粒内部的磁结构。
结果显示，较大的γ-Fe颗粒可以形成稳定的"磁涡旋"状态，磁化方向像旋涡一样绕着中心旋转。
这种结构非常稳定，意味着它能够长时间保存一个可靠的磁信号，就像一盘不会轻易消磁的录音带。
研究还表明，γ-Fe能够记录撞击过程中产生的"冲击剩磁"。团队成员李龙形象地说，这一微小的"磁化石"可能帮助我们更好地理解月球古老的磁场历史。
在此之前，科学家主要依靠月球样品中的其他铁矿物来研究古磁场，如今γ-Fe为这份"证人名单"增添了一位新成员。
这项研究综合运用了透射电子显微镜、电子能量损失谱和电子全息等多种先进手段，在纳米尺度上同时看清了颗粒的晶体结构与磁结构。对于样品极其珍贵的月壤研究来说，这种"以小见大"的精细分析能力尤为关键。
嫦娥六号的独特价值
这项发现之所以格外珍贵，与样品的来历密不可分。2024年6月，嫦娥六号完成了人类首次月球背面采样返回，样品来自南极—艾特肯盆地。
这是太阳系岩质天体上已知最大、最古老的撞击盆地之一，记录着月球早期剧烈的撞击历史。
此前，科学家已在嫦娥六号月壤中发现了由大型撞击形成的赤铁矿和磁赤铁矿，挑战了"月球表面完全处于还原状态"的传统认识。
这些磁性矿物，被认为可能是南极—艾特肯盆地周边磁异常的"载体"。γ-Fe的发现，进一步丰富了人们对月球磁性物质种类和形成机制的认识。
月球磁场究竟存在了多久、强度如何、何时消失，至今仍是行星科学领域争论不休的问题。
一种观点认为月球发电机曾长期活跃，另一种观点则认为它短暂而微弱，甚至有研究提出，巨大的撞击事件可能曾暂时放大月球已有的磁场。
不同矿物记录磁场的能力和可靠性各不相同，找到更多、更稳定的"记录者"，有助于拼出更完整的月球磁场演化图景。理解月球磁场，也不只是为了满足好奇心。
磁场能够屏蔽太阳风和宇宙射线，它的存在与否深刻影响着一颗星球表面的环境演化。
一粒小到肉眼无法看见的铁颗粒，竟然保存着数十亿年前的磁场线索，这正是行星科学最迷人的地方。
随着嫦娥七号、嫦娥八号等后续任务的推进，以及更多月球样品的深入研究，那段消失的月球磁场史，或许终将被完整地"播放"出来。
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