В лунном грунте нашли железо, способное хранить магнитную память
В образцах лунного грунта, которые китайская миссия «Чанъэ-6» доставила с обратной стороны Луны, впервые нашли γ-железо – форму металлического железа, которая на Земле устойчива только при высоких температурах.
Частицы этого железа размером в нанометры сохранились внутри крошечных осколков ударного стекла и, как показали опыты, способны хранить устойчивую магнитную запись. Работа группы Ду Хайфэна из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук вышла 16 сентября в журнале PNAS. Она добавляет новый инструмент в спор, который идет со времен «Аполлонов»: было ли у Луны собственное магнитное поле.
Было ли у Луны магнитное поле
Сегодня глобального магнитного поля у Луны нет – компас там бесполезен. Но многие лунные породы, привезенные «Аполлонами», оказались намагничены, а орбитальные аппараты нашли на поверхности участки с заметными местными магнитными аномалиями. Откуда взялась эта намагниченность, спорят уже больше полувека.
Одна версия: в молодости у Луны было жидкое металлическое ядро, которое, как ядро Земли, работало «динамо-машиной» и создавало глобальное поле. Другая: намагниченность возникала при крупных ударах, когда облако раскаленного вещества на время усиливало слабые поля вокруг. Возможно, верны обе, и вопрос в том, какой вклад был больше.
Чтобы рассудить спор, нужны минералы, которые надежно хранят магнитную «запись» и про которые понятно, когда и в каких условиях они ее получили. Каждый новый такой минерал – это новый свидетель.
Что нашли в лунном грунте «Чанъэ-6»
Железо умеет строить кристаллы по-разному. Обычная для комнатной температуры форма – α-железо, или феррит. При нагреве выше 900 °C атомы перестраиваются в другую решетку, и получается γ-железо, или аустенит, а при остывании оно обычно превращается обратно. В металлургии аустенит хорошо знаком: именно его структуру сохраняют нержавеющие стали, куда для этого добавляют никель.
На Луне до сих пор находили только α-железо и сплавы железа с никелем – они и считаются главными носителями лунной намагниченности. Китайские исследователи изучили частицы ударного стекла из грунта «Чанъэ-6». Такое стекло образуется, когда метеорит плавит лунную породу, а капли расплава быстро застывают. В двух стеклянных фрагментах ученые проверили 50 случайно выбранных железных частиц и обнаружили, что преобладает в них именно γ-железо.
Почему оно не превратилось в обычное? Авторы предполагают, что помогли сразу несколько факторов: очень быстрое остывание после удара, примеси углерода и других элементов и сама стеклянная оболочка, которая механически зажала частицы.
Магнитный вихрь в наночастице
Самое интересное ученые увидели, когда заглянули внутрь отдельных частиц с помощью электронной голографии – метода, который позволяет буквально сфотографировать магнитное поле в наномасштабе. Сравнительно крупные частицы γ-железа оказались в вихревом магнитном состоянии: намагниченность закручивается внутри них спиралью. Такое состояние очень устойчиво, и при воздействии внешнего поля частицы сохраняли стабильный отклик.
Отсюда главный вывод авторов: γ-железо может быть ранее неизвестным регистратором магнитной информации в лунном веществе. А поскольку γ- и α-железо образуются в разных условиях и по-разному ведут себя в магнитном поле, они могут хранить сведения о разных стадиях одного и того же удара.
Что эта находка доказывает – и чего нет
Важно разделить две вещи. Ученые показали, что γ-железо способно хранить магнитную запись. Самой записи о древнем поле Луны из него пока никто не извлек: это задача следующих работ. Выборка тоже невелика – два фрагмента ударного стекла.
Кроме того, γ-железо найдено именно в ударном стекле, то есть сформировалось при метеоритном ударе. Значит, если оно что-то и «запомнило», это может оказаться не глобальное поле лунного ядра, а кратковременное поле в момент удара. Для спора о лунном динамо это не минус, а скорее плюс: свидетель, который помнит именно удары, поможет отделить одни поля от других.
Эта находка встает в целый ряд других. В грунте «Чанъэ-5» в 2022 году нашли субмикроскопический магнетит, образовавшийся при ударах, в грунте «Чанъэ-6» – тетратэнит, редкий магнитный сплав железа и никеля. Список лунных «магнитофонов» растет, и с каждым новым образцом картина древнего магнетизма Луны становится подробнее.
«Чанъэ-6» в 2024 году первой в истории доставила на Землю грунт с обратной стороны Луны – из бассейна Аполлон внутри огромного бассейна Южный полюс – Эйткен. Этот грунт уже помог пересмотреть историю бомбардировки Луны, а теперь, возможно, поможет и с ее магнитной историей.
Источники
- Magnetic vortex state of natural lunar γ-Fe – P. Liu et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026.
- Sub-microscopic magnetite and metallic iron particles formed by eutectic reaction in Chang’E-5 lunar soil – Nature Communications, 2022.
- NASA’s LRO Spots China’s Chang’e 6 Spacecraft on Lunar Far Side – NASA, июнь 2024 года.
Часто задаваемые вопросы
Есть ли у Луны магнитное поле сейчас?
Глобального – нет: компас на Луне не показал бы направление на полюс. Но в лунной коре есть отдельные намагниченные участки – магнитные аномалии. Над некоторыми из них поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер и создавать светлые завихрения на поверхности, как знаменитый Райнер Гамма.
Можно ли увидеть место посадки «Чанъэ-6» в телескоп?
Нет. Аппарат сел на обратной стороне Луны, которая никогда не обращена к Земле: Луна совершает один оборот вокруг оси за то же время, что и один оборот вокруг Земли. Благодаря покачиваниям Луны – либрациям – с Земли видно около 59% ее поверхности, но бассейн Южный полюс – Эйткен остается за краем. Зато в любительский телескоп хорошо видна область Райнер Гамма – одно из самых известных проявлений лунного магнетизма.
Что такое ударное стекло?
Когда метеорит врезается в Луну, часть породы плавится, брызги расплава разлетаются и почти мгновенно застывают, не успевая кристаллизоваться. Получаются стеклянные шарики и осколки размером от долей миллиметра. На Луне их очень много – в грунте «Чанъэ-6» почти треть вещества составляет стекло. Такие частицы работают как капсулы времени: они хранят условия, в которых образовались.
