Månen har inte haft ett globalt magnetfält på miljarder år, men tydligen har ingen berättat det för stenarna. Spår av uråldrig magnetism finns fortfarande inlåsta i månjorden, och forskare har nu hittat något i prover från Chang'e-6 som de kallar – och vi citerar här – ett "pyttelitet magnetiskt fossil".

Forskare som analyserat metalliskt järn inuti stötglas från Chang'e-6:s månjord har identifierat ytcentrerad kubisk γ-Fe för första gången i naturliga månprover. För er som håller räkningen därhemma: det är en specifik kristallstruktur av järn som normalt bara existerar vid höga temperaturer, vilket gör dess närvaro på månens yta ungefär lika förväntad som att hitta en snöboll i en masugn.

Studien leddes av professor Haifeng Du vid High Magnetic Field Laboratory vid Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) vid Kinesiska vetenskapsakademin (CAS). Resultaten publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) den 16 september.

"Detta pyttelilla magnetiska fossil kan hjälpa oss att bättre förstå månens uråldriga magnetiska historia", säger Dr. Long Li från HFIPS, en av teammedlemmarna, förmodligen medan han höll i en mycket liten flaska med mycket gammalt damm.

För att undersöka proverna använde forskarna fokuserad jonstrålepreparering, transmissionselektronmikroskopi och kemisk analys. Dessa tekniker avslöjade många nanoskala järnpartiklar inbäddade i det glasiga materialet. Närmare granskning visade att några av partiklarna bestod av ytcentrerad kubisk γ-Fe. Faktum är att γ-Fe var den dominerande formen av järn i de två undersökta stötglasproverna – vilket är den vetenskapliga motsvarigheten till att dyka upp på en fest i en outfit som ingen förväntade sig att se.

Under normala förhållanden är γ-Fe stabilt endast vid höga temperaturer. När materialet svalnar omvandlas det vanligtvis till en annan form som kallas α-Fe. Men forskarna hittade bevis för att de ovanliga förhållanden som uppstår vid nedslag på månen kan göra att γ-Fe överlever på månens yta. De föreslog flera faktorer som kan bidra till att stabilisera strukturen, inklusive små mängder kol och andra grundämnen, den snabba kylningen av smält material som skapas vid en kollision, och skydd från den omgivande glasiga matrisen. Med andra ord: månen uppfann av misstag en magnetisk tidskapsel och glömde sedan bort den.

Teamet använde också off-axis elektronholografi för att undersöka det magnetiska beteendet hos enskilda γ-Fe-nanopartiklar. De fann att relativt stora γ-Fe-partiklar kunde bilda ett stabilt magnetiskt tillstånd med en enda virvel och behöll ett konsekvent magnetiskt svar när de utsattes för ett externt magnetfält. Den stabiliteten antyder att γ-Fe skulle kunna fungera som en tidigare oupptäckt registrerare av magnetisk information i månmaterial, och bevara ledtrådar om förhållanden som rådde under månens förflutna.

Upptäckten breddar den kända variationen av magnetiska mineraler som hittats i månprover. Eftersom γ-Fe och α-Fe bildas under olika förhållanden och beter sig magnetiskt olika, skulle var och en potentiellt kunna registrera information från separata stadier av månens nedslagshändelser. Framtida forskning kommer att behövas för att avgöra exakt hur mycket dessa mineraler kan avslöja om månens uråldriga magnetfält och hur det fältet utvecklades över tid – för månen, som alltid, gör det inte lätt för oss.

Material tillhandahållet av Chinese Academy of Sciences Headquarters. Notera: Innehållet kan ha redigerats för stil och längd.