月は何十億年もの間、全球的な磁場を持っていない。しかしどうやら岩石にはそのことが伝わっていなかったらしい。古代の磁気の痕跡が月の土壌の中に閉じ込められたまま残っており、科学者たちは今回、嫦娥6号のサンプルから「小さな磁気の化石」と呼ぶものを発見した。

嫦娥6号の月土壌中の衝突ガラスに含まれる金属鉄を分析した研究者たちは、天然の月サンプルとしては初めて面心立方晶のγ-Feを同定した。自宅でスコアをつけている人のために説明すると、これは通常高温でしか存在しない鉄の特定の結晶構造であり、月の表面でそれが見つかるのは、炉の中で雪だるまを見つけるのと同じくらい予想外のことだ。

この研究は、中国科学院（CAS）合肥物質科学研究院（HFIPS）強磁場実験室の杜海峰教授が率いた。研究成果は9月16日、米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された。

「この小さな磁気の化石は、月の古代の磁気の歴史をよりよく理解するのに役立つかもしれません」と、チームの一員であるHFIPSの李龍博士は語った。おそらく、非常に古い塵が入った非常に小さな瓶を手にしながら。

サンプルを調べるために、研究者たちは集束イオンビーム加工、透過電子顕微鏡、化学分析を用いた。これらの手法により、ガラス質の物質全体に埋め込まれた多数のナノスケールの鉄粒子が明らかになった。さらに詳しく調べると、一部の粒子が面心立方晶のγ-Feで構成されていることがわかった。実際、研究対象となった2つの衝突ガラスサンプルでは、γ-Feが鉄の主要な形態だった。これは、誰も予想していなかった服装でパーティーに現れるようなものだ。

通常の条件下では、γ-Feは高温でのみ安定である。物質が冷えるにつれて、それは通常α-Feとして知られる別の形態に変化する。しかし研究者たちは、月への衝突によって生じた異常な条件が、γ-Feを月面で生き残らせる可能性があるという証拠を見つけた。彼らは、少量の炭素や他の元素、衝突中に生じた溶融物質の急速な冷却、周囲のガラス質マトリックスによる保護など、いくつかの要因がこの構造の安定化に寄与する可能性を提案した。言い換えれば、月は誤って磁気のタイムカプセルを発明し、その後忘れてしまったのだ。

チームはまた、オフアクシス電子ホログラフィーを用いて、個々のγ-Feナノ粒子の磁気的挙動を調べた。比較的大きなγ-Fe粒子は安定した単一渦磁気状態を形成し、外部磁場にさらされても一貫した磁気応答を保持することがわかった。この安定性は、γ-Feが月物質におけるこれまで認識されていなかった磁気情報の記録媒体として機能し、月の過去に存在した条件の手がかりを保存する可能性を示唆している。

この発見は、月サンプルに見られる磁性鉱物の既知の多様性を広げる。γ-Feとα-Feは異なる条件下で形成され、磁気的にも異なる振る舞いをするため、それぞれが月の衝突イベントの別々の段階からの情報を記録できる可能性がある。これらの鉱物が月の古代磁場についてどれだけ明らかにできるか、そしてその磁場が時間とともにどのように進化したかを正確に判断するには、今後の研究が必要だ。なぜなら、月はいつものように、これを簡単にはさせてくれないからだ。

資料提供：中国科学院本部。注：内容はスタイルと長さのために編集される場合があります。