嫦娥六号撞击玻璃中发现完好伽马铁

撞击玻璃中的磁性化石

研究显示，这些铁颗粒的直径从不到10纳米到约140纳米不等，镍含量很低。研究人员从一份嫦娥六号月壤样品中挑出三颗含铁颗粒：两块撞击玻璃碎片，一块玄武岩碎片。他们用聚焦离子束切出薄片，放到透射电子显微镜下观察。两块玻璃碎片内部，球形金属铁颗粒嵌在富硅基质中。高分辨率成像和衍射分析同时检出了α铁和γ铁。

意外出在结构上。团队在两份撞击玻璃样品中随机检查了50颗颗粒，伽马铁占多数：一份样品中占所分析颗粒的64%，另一份占76%。玄武岩碎片则符合预期，其中大得多的金属铁晶粒全部是α铁。这说明它形成于岩浆的普通冷却过程，而不是剧烈撞击。

纯伽马铁是面心立方原子结构，在低压下通常只在约912至1 394摄氏度之间稳定。普通冷却时，它会转变成体心立方的α相。所以在月壤里发现完好的伽马铁出乎意料。这些颗粒是在撞击形成的玻璃内部保存下来的。

撞击如何冻结了结构

研究人员提出，两个条件共同起了作用。其一是有少量元素能稳定面心立方相。镍可以起这个作用，但这些颗粒的镍含量按重量计不到0.8%，远低于面心立方铁镍合金锥纹石的常见水平。因此碳是主要候选。实验室研究表明，少量碳能在室温下稳定纳米尺度的伽马铁；此前也已在月球样品中发现过富碳的撞击体物质。

第二个条件是极快的冷却速度。陨石撞击产生强烈而短暂的加热，足以熔化月壤。月球没有大气，微小的液滴和碎片随后会极快地散失热量。快速淬火可能阻止原子重新排列成更稳定的α铁结构。周围的撞击玻璃也可能在机械上把颗粒困住。铁与玻璃的热收缩程度不同，会让纳米颗粒处于张力之下，这可能有助于稳定其结构和磁性表现。

这种铁能说明什么，不能说明什么

电子全息显示，较大的伽马铁颗粒可以形成稳定的磁涡旋态。这表明它们可能与已知的月球铁矿物一样，保存着古老的磁信息。团队成员Long Li说：“这块微小的磁性化石或许能帮助我们更好地理解月球古老的磁历史。”

月球今天没有全球磁场，但地壳部分区域仍有磁性，保存着数十亿年前磁场的证据。科学家传统上依靠金属α铁和铁镍合金作为月球岩石中的磁性记录载体。研究人员表示，伽马铁最终可能有助于把月球古老核心发电机留下的磁信号与大型撞击期间产生的磁场区分开来。他们也表示，这种可能性尚未得到证实。

嫦娥六号于2024年带回人类首次从月球背面采集的样品，地点在南极-艾特肯盆地内的阿波罗撞击坑。这是月球最古老、最深的撞击构造之一。任务带回1 935克月壤。在此之前，所有返回的月球样品都来自月球正面。这项发现发表于《美国科学院院刊》，来自一个国际团队，部分工作由中国科学院强磁场实验室的科学家牵头。