Китайские ученые проанализировали образцы лунного грунта, доставленного на Землю аппаратом «Чанъэ-5», и установили, что сферические частицы реголита содержат субмикроскопические включения магнетита — минерала, обладающего намагниченностью. Исследователи считают, что присутствием этих включений, возникших во время ударных событий, можно объяснить загадочные аномалии магнитного поля на поверхности Луны.
В отличие от Земли, Луна не имеет дипольного магнитного поля из-за отсутствия геодинамо в ее ядре. А постоянное магнитное поле, фиксируемое на ее поверхности, весьма неоднородно (рис. 1). Существует несколько гипотез, объясняющих магнитные аномалии Луны.
Первая предполагает, что намагниченность пород возникла в самом начале лунной истории, когда внутреннее геодинамо еще работало. Вторая — что магнитные аномалии возникли в результате импактных событий в эпоху образования лунных кратеров. Есть также мнение, что намагниченность сохранилась в материале, из которого сформировалась Луна в результате столкновения ранней Земли с гипотетической планетой Тейя, или возникала периодически в результате коротких импульсов магнитной активности, связанных с порционной дифференциацией материала лунной мантии (A. J. Evans, S. M. Tikoo, 2022. An episodic high-intensity lunar core dynamo).
Недавно проведенный анализ образцов, собранных и доставленных на Землю в рамках программы «Аполлон», показал, что отдельные зерна силикатов с магнитными включениями из лунных пород, образовавшихся 3,9, 3,6, 3,3 и 3,2 миллиарда лет назад, которые теоретически могли бы сохранить сигнатуры сильных палеомагнитных полей, таковых не содержат. То есть, судя по всему, долгоживущего динамо-эффекта в ядре Луны не было (J. A. Tarduno et al., 2021. Absence of a long-lived lunar paleomagnetosphere). В то же время в образцах из ударных кратеров ученые обнаружили сильную намагниченность и частицы импактного стекла, что согласуется со второй гипотезой. Но собственно магнитные минералы обнаружить не удалось.
Основные магнитные минералы — это оксиды железа и титана изоморфного ряда магнетит—титаномагнетит—ульвешпинель (Fe3O4 — Fe2TiO4). Считается, что резко восстановительная среда из-за постоянной бомбардировки ее протонами солнечного ветра делает маловероятным их присутствие на поверхности Луны. В образцах «Аполлонов» находили субмикроскопические фазы железа, похожие по структуре на магнетит, но достоверно присутствие этого минерала доказано не было.
Сильными магнитными свойствами обладает также метеоритное железо, представленное ферритом, известным также как альфа-железо (α-Fe) — одной из аллотропных разновидностей самородного железа, которое самостоятельно или в виде сплавов с никелем — камасита (см. Kamacite) и тэнита (см. Taenite) — слагает большую часть железных и железно-каменных метеоритов. Из-за отсутствия других вариантов долгое время феррит считали главной магнитной фазой на Луне, хотя трудно представить, что метеоритное железо, даже в мелкодисперсном виде, может покрывать значительные площади.
В декабре 2020 года, впервые после того, как в 1976 году на Луне побывала советская автоматическая межпланетная станция «Луна-24», на Землю прибыли новые образцы лунного грунта, собранные китайским аппаратом «Чанъэ-5». Ученые из Института геохимии Китайской академии наук детально изучили их минеральный состав методом рентгеноспектрального микроанализа и обнаружили субмикроскопические частицы магнетита.
На снимках, полученных с помощью просвечивающей электронной микроскопии, видно, что сферические зерна сульфидов железа диаметром менее 2 мкм, присутствующие в реголите, имеют кайму из самородного железа. Внутри зерен троилит-пирротинового состава находятся многочисленные микровключения металлического железа и магнетита размером около 100 нм, причем их тесная пространственная связь предполагает одновременное осаждение.
Еще одна особенность заключается в том, что краевая кайма чистого железа содержит многочисленные поры, заполненные серой и кислородом, а также нитевидные сростки минералов кремния и кальция. Поры по своим размерам соизмеримы с частицами железа (около 60 нм), и большинство из них открытые, что позволяет предположить, что на краях сульфидных зерен происходила бурная реакция выделения газа. Внутри зерен также есть более мелкие закрытые пузырьки газовой фазы размером около 20 нм. Эллипсовидная форма, большое количество пор по краям зерен и образование чистого металлического железа указывают на то, что сферические зерна сульфида железа испытали высокотемпературное воздействие.
Полный текст – ЭЛЕМЕНТЫ