کشف آهن گامای کمیاب در غبار ماه و راز مغناطیسی آن

یک دانه غبار ماه را مانند یک کپسول زمان بسیار کوچک تصور کنید. درون آن، رازی معدنی پنهان مانده است: شکلی کمیاب از آهن فلزی که نباید در سطح سرد ماه وجود داشته باشد. دانشمندانی که خاک بازگردانده‌شده از مأموریت چانگ‌ای-۶ چین را بررسی کرده‌اند، آهن گامای مکعبی با وجوه مرکزدار را شناسایی کرده‌اند که با نماد γ-Fe شناخته می‌شود و درون شیشه‌های برخوردی میکروسکوپی به دام افتاده است. این کشف می‌تواند شیوه پژوهشگران برای بررسی گذشته مغناطیسی از‌دست‌رفته ماه را دگرگون کند.

چگونه یک فلز دمای بالا از برخورد ماه جان سالم به در برد

آهن گاما معمولا فقط در دماهای بسیار بالا پدیدار می‌شود و هنگام سرد شدن، ساختار آن به فاز رایج آلفا تبدیل می‌شود. پس چرا γ-Fe در خاک ماه وجود داشته است؟ این گروه پژوهشی به سرپرستی پروفسور هایفنگ دو در آزمایشگاه میدان مغناطیسی قوی وابسته به مؤسسه‌های علوم فیزیکی هفئی، با استفاده از روش‌های پرتو یونی متمرکز و میکروسکوپ الکترونی عبوری، قطعات بسیار ریز شیشه برخوردی بازگردانده‌شده توسط چانگ‌ای-۶ را برش دادند و بررسی کردند. تحلیل‌های شیمیایی تأیید کرد که γ-Fe در ذرات فلزی دو نمونه مطالعه‌شده غالب بوده است.

برخوردها روی سطح ماه کوره‌هایی لحظه‌ای ایجاد می‌کنند. قطرات مذاب به اطراف پرتاب می‌شوند و سپس تقریبا بی‌درنگ به شیشه تبدیل و منجمد می‌شوند. این سردشدن بسیار سریع، همراه با عناصر جزئی مانند مقدار اندکی کربن و دیگر اتم‌های آلیاژی و همچنین ماتریس محافظ شیشه‌ای، می‌تواند آرایش‌های اتمی را در همان وضعیت تثبیت کند. به زبان ساده: گرمای شدید و سپس انجمادی ناگهانی. نتیجه، ساختار بلوری نیمه‌پایداری است که برای میلیاردها سال حفظ شده است.

سازوکار این پدیده ظرافتی چشمگیر دارد. سنگریزه‌ای از فلز مذاب را تصور کنید که در خلأ پرتاب شده و سپس در میانه مسیر، در شیشه سردشده گرفتار شده است. نه جوّی وجود دارد، نه فرسایشی. تنها یک تصویر لحظه‌ای محفوظ مانده است. همین تصویر است که به γ-Fe اجازه می‌دهد در جایی دوام بیاورد که در حالت عادی نباید پایدار بماند.

امضاهای مغناطیسی چه چیزی را آشکار می‌کنند

یافتن γ-Fe فقط یک نکته جزئی در کانی‌شناسی ماه نیست. این گروه با استفاده از هولوگرافی الکترونی خارج از محور، میدان‌های مغناطیسی را در مقیاس نانو نقشه‌برداری کرد؛ روشی که خطوط شار مغناطیسی را در سراسر ذرات منفرد قابل مشاهده می‌سازد. برخی نانوذرات نسبتا بزرگ γ-Fe الگوی مغناطش تک‌گردابه‌ای پایداری نشان دادند؛ الگویی که در آن گشتاورهای مغناطیسی به دور یک مرکز می‌چرخند. این ذرات همچنین هنگامی که دانشمندان آن‌ها را در آزمایشگاه در معرض میدان‌های مغناطیسی خارجی قرار دادند، پاسخی سازگار و پایدار حفظ کردند.

ناهمواری‌های سطح ماه و ناهنجاری‌های مغناطیسی.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ زیرا ماه دیگر میدان مغناطیسی جهانی ندارد و پژوهشگران برای بازسازی مغناطیس باستانی آن، به کانی‌های مغناطیسی حفظ‌شده تکیه می‌کنند. فازهای مختلف آهن در شرایط حرارتی و شیمیایی متفاوتی شکل می‌گیرند و می‌توانند تصویرهای گوناگونی از یک رویداد برخوردی یا میدان مغناطیسی محیطی در زمان شکل‌گیری ثبت کنند. بنابراین γ-Fe و α-Fe می‌توانند مکمل یکدیگر باشند و سرنخ‌های لایه‌لایه‌ای درباره زمان و چگونگی ثبت سیگنال‌های مغناطیسی در خاک ماه ارائه دهند.

دکتر لانگ لی از مؤسسه‌های علوم فیزیکی هفئی، یکی از اعضای تیم پژوهشی، پیشنهاد کرده است که این دانه‌های نانومقیاس مانند فسیل‌های مغناطیسی عمل می‌کنند و می‌توانند به روشن شدن تاریخ مغناطیسی ماه کمک کنند. این مطالعه که در ۱۶ سپتامبر در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، دامنه موادی را که دانشمندان برای چنین بازسازی‌هایی در اختیار دارند گسترش می‌دهد.

جمع‌بندی

کشف γ-Fe در نمونه‌های چانگ‌ای-۶ نگاه ما را به آنچه ذرات بسیار ریز غبار ماه می‌توانند بازگو کنند تغییر می‌دهد. این ذرات آوار بی‌اثر نیستند، بلکه ثبت‌هایی محفوظ از رویدادهای خشونت‌بار و شاید از محیط‌های مغناطیسی دیرینه‌ای هستند که مدت‌هاست از میان رفته‌اند. گام‌های بعدی نشان خواهد داد که این ذرات تا چه اندازه می‌توانند اطلاعات مغناطیسی باستانی را قابل اعتماد حفظ کنند و آیا دانه‌های مشابه در دیگر نمونه‌های بازگردانده‌شده از ماه نیز وجود دارند یا نه. اگر چنین باشد، مجموعه‌ای تازه از کاوشگرهای مغناطیسی ممکن است در دل خاک ماه انتظار ما را بکشد: میکروسکوپی، سرسخت و به‌طرزی شگفت‌آور آگاهی‌بخش.