הירח ללא שדה מגנטי גלובלי כיום, אך סלעיו ואדמתו נושאים עדיין סימנים להיסטוריה מגנטית עתיקה
בעוד שהירח איננו מצויד היום בשדה מגנטי גלובלי, חוקריו ממשיכים לגלות כי סלעיו ואדמתו שומרים זכרונות מחממות מגנטיות קדומות שהיו לו בעבר. לאחר מחקר על קרקעות שהוחזרו אל הקרובים אל החלק האחורי של הירח על ידי משימת צ'אנג'אה-6 של סין, נמצאה צורה חדשה של ברזל מתכתני, המכונה גמא ברזל או γ-Fe, אשר מעולם לא זוהתה קודם לכן בדגימות טבעיות מהירח.
החלקיקים הזעירים של הברזל נחפרו בתוך שבבים קטנים של זכוכית שנוצרה כתוצאה מפגיעות של מטאוריטים על פני הירח. חלק מהחלקיקים הגדולים יותר מציגים דפוס מגנטי יציב, מה שמרמז כי הם יכולים לשמש כארכיונים מיקרוסקופיים של התנאים המגנטיים שהיו קיימים בזמן היווצרותם, על פי מחקר שפורסם ב-16 בספטמבר בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences.
לאורך זמן, תיאר לונג לי ממכון המדע הפיזי בהייפיי, שהינו חבר בצוות המחקר, כי התגלית מציעה כלי חדש לפיענוח חידה מדעית ארוכת שנים, אך עדיין אין בידינו מענה לשאלה מתי ואיך בדיוק הופעל שדה מגנטי חיצוני חזק בירח.
צורה של ברזל שאינה אמורה לשרוד
אטומי הברזל יכולים לארגן את עצמם במבני קריסטל שונים תלויים בטמפרטורה. בטמפרטורה נורה, הברזל הרגיל מקבל צורה הנקראת גבי ברזל α. לעומת זאת, γ-ברזל עם מבנה קובייתי מפנים-פנים הוא יציב בדרך כלל רק בטמפרטורות גבוהות. ככל שהברזל מתקרר, γ-ברזל נוטה להשתנות ל-α-ברזל.
מסתבר שהימצאות של γ-ברזל ששרד על פני השטח הקר ולרק של הירח היא תגלית מפתיעה במיוחד. צוות המחקר, בו הוביל הייפינג דו ממכון המחקר לפלזמה גבוהה בהייפיי, השתמש בטכנולוגיות כמו קרן יוני מרוכזת, מיקרוסקופ אלקטרונים להעברה וניתוחים כימיים כדי לבחון את הדגימות. הם מצאו מספר רבים של חלקיקי ברזל בננומטרים מפוזרים בתוך הזכוכית.
כאשר לבדיקה אקראית בדקו 50 חלקיקים מ-שני דגימות זכוכית מפגיעות, התברר שהצורה השלטת הייתה γ-ברזל, כפי שפורסם ב'צד הזוהר של החדשות'. גם נבדק שבר אבטינס basalt מאותה אדמה.
התנגשויות כניסות ומקררים משולבים
החוקרים העלו הסבר לפיו התנגשויות הפועלות כמחממי-אף ומקפיאים בו זמנית את חומרי הפגיעה מסייעות להבנת ההישרדות של γ-ברזל. שלושה גורמים עיקריים עשויים לשתף פעולה: כמויות מזעריות של פחמן ואלמנטים אחרים שמייצבים את המבנה הקריסטלי, קירור מהיר מאוד של החומר המותך לאחר הפגיעה, והגנה על ידי הזכוכית שסביבו, המאפשרת ללכוד את החלקיקים באופן פיזי.
במילים אחרות, האירועים האלימים שהומלטו את אדמת הירח גם יכולו להקפיא צורת ברזל לא יציבה במקומה — ולהגן עליה בתוך הזכוכית לתקופה ארוכה מאוד. הסבר זה הוצע על בסיס הראיות, אך לא נצפה באופן ישיר על ידי הצוות.
כדי לבדוק את התנהגות השדה המגנטי של החלקיקים, השתמשו החוקרים בטכניקה של הולוגרפיה אלקטרונית במיקרוסקופ, המומחית למיפוי שדות מגנטיים בגודל ננומטרי. חלקיקים גדולים יותר של γ-ברזל יצרו מצב מגנטי יציב של ווקוס בודד — סידור מסתובב שמפגין עמידות לשינויים. כמו כן, הם הגיבו באופן עקבי לשדה מגנטי חיצוני.
היציבות הזאת משמעותית. מינרל שיכול לתוך סימן מגנטי ולשמור עליו הוא כלי חיוני בפענוח התנאים המגנטיים העתיקים שבאמצעותו ניתן לקטלג היסטוריה מגנטית של שרידי סלעים. חלקיקי γ-ברזל גם יצרו אותות מגנטיים חזקים יותר במיקרוסקופי ההולוגרפי מאשר חלקיקי α-ברזל סמוכים, מה שמצביע על פוטנציאל להנטעה מגנטית גבוהה יחסית, לפי סיקור הכתבה. מסורתית, החוקרים הסתמכו על α-ברזל ותערובות ברזל-ניקל כעל המזהים המרכזיים של זיכרון מגנטי בסלעי הירח, אלא שמוספת γ-ברזל מרחיבה את ארסנל הכלים המאפשרים הבנה מורכבת יותר של ההיסטוריה המגנטית של הירח.
רמז חדש בוויכוח על המנגנון המגנטי של הירח
דגימות אפולו מצאו לראשונה כי חלק מהסלעים בלוין היו מגנטיים, דבר שמרמז כי בעבר הירח אכן יצר שדה מגנטי. במשך עשרות שנים החוקרים דנו באורך הזמן שהשדה החזיק, בעוצמתו, והאם הוא נוצר על ידי מנגנון של דינמו בליבת הירח — בדומה לכדור הארץ — או שמא חלק מהמגנטיזציה נוצרה על ידי פגיעות של מטאוריטים. גם הצד הרחוק של הירח מציג תבניות מגנטיות מפורדות שנוספות למפות על ידי חלליות מסביבו.
מחקר זה אינו משיב לסוגיות אלה בבהירות — והמחברים מבהירים כי עדיין לא מדדו את עוצמת או את הגיל של שדה עתיק זה. במקום זה, מצאו תיאוד של נשאי מגנטיות חדשים שניתן להשתמש בהם במחקרים עתידיים. בתוך הנתונים המתפרסמים צוין כי γ-ברזל יכול לייצג מגנטיזציה משטרת שבר, כלומר מגנטיות הנרכשת במהלך פגיעה. הדבר מעלה שאלה קריטית לפרשנות — אותות אלה עשויים לשקף תנאים שהיו קיימים בזמן הפגיעה, והפרדה בינם לבין שדה גלובלי מתמשך תדרוש עבודה זהירה.
מכיוון ש-γ-ברזל ו-α-ברזל נוצרות בתנאים שונים ומתנהגות שונה, כל אחת עשויה לשמש כמדגם של שלב נפרד באירוע הפגיעה. הכותבים מציינים כי מחקרים עתידיים דרושים לבחון עד כמה סוגי מינרלים אלה יכולים לגלות ולהאיר על התפתחות השדה המגנטי של הירח לאורך זמן.
אדמת הצד הרחוק והגבלת המדגם
משימת צ'אנג'אה-6 נחתה על צד הירח הרחוק ביוני 2024 והחזירה את הדגימות הראשונות שנאספו מאזור זה, מחלקו הדרומי של מזרן אייטקן המפסיד. ניתוחים מוקדמים של חומר זה זיהו מינרלים מגנטיים שנוצרו אף הם מפגיעות, ביניהם תחמוצות ברזל ומינרל הטטראטאיןייט, המציגים תמונה של תערובת מגנטית מורכבת באדמת הצד הרחוק.
שותפי המחקר לכתבה כוללים חוקרות מיאלומגנטיות וויוין וויליאמס ואן הירט, בצוות הסיני, על פי ההפניה בכתב העת. בהודעה ל-EurekAlert תוארו גרגירי γ-ברזל כשרידי מגנטי קדומים. המחקר בחן רק מספר קטן של גרגרים משתי דגימות זכוכית מפגיעות, ולכן מעיד על קיומם של γ-ברזל והיכולת שלהם לשמור על מצב מגנטי יציב — אך אינו מציין את שכיחותם בכל רחבי הירח.
לטיסות העתידיות, כולל תוכנית ארטמיס של נאס"א, הבנת המנגנון שמביא למגנוט באדמת הירח תסייע לפרש דגימות ומדידות מהשטח. המסר המרכזי: סוג נדיר של ברזל, שנראה שנשמר על ידי פגיעות מטאוריטים, נמצא כעת בדגימות הירח בפעם הראשונה, ועלול להפוך לכלי חדש בפענוח ההיסטוריה המגנטית של הירח, ככל שיפתחו את ההבנה לגבי מה בדיוק אותותיו מייצגים.
