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„Magnetisches Fossil“ in Mondproben von Chang’e-6 entdeckt
Magnetische Spur im Mondstaub: In Proben von der Mondrückseite haben Forscher eine bislang dort unbekannte Form reinen Eisens entdeckt, die normalerweise nur bei hohen Temperaturen stabil ist. Einige der winzigen Körnchen bilden stabile magnetische Wirbel und könnten Hinweise darauf speichern, welche Magnetfelder auf dem Mond einst wirkten.
Macau (China). Der Mond besitzt heute kein globales Magnetfeld mehr. Dennoch zeigen viele Bereiche seiner Kruste eine deutliche Restmagnetisierung. Ob sie vom einstigen Magnetfeld seines Inneren stammt oder während großer Einschläge entstand, lässt sich aus den Gesteinsspuren nicht immer eindeutig ablesen.
Bislang galten vor allem gewöhnliches metallisches Eisen und Eisen-Nickel-Legierungen als solche magnetischen Archive. Andere Untersuchungen lieferten bereits Hinweise auf ein frühes Mondmagnetfeld, während Einschläge ebenfalls kurzfristig Magnetfelder erzeugen können. Welche Minerale sich dabei magnetisieren und wann dies geschieht, ist entscheidend für die Deutung der Spuren.
Forscher der Macau University of Science and Technology (MUST) um Pengfei Liu haben nun Mondboden der chinesischen Mission Chang’e-6 untersucht. Das Material stammt aus dem Südpol-Aitken-Becken auf der Mondrückseite und wurde 2024 zur Erde gebracht. In winzigen glasigen Einschlagsresten stießen sie auf eine ungewöhnliche Form von Eisen.
Beim Aufprall von Meteoriten schmilzt Mondgestein, das anschließend zu kleinen Glasfragmenten erstarren kann. Aus solchen Einschlagsgläsern präparierte das Team hauchdünne Schnitte und untersuchte sie mit hochauflösender Elektronenmikroskopie sowie chemischen Analysen. Dabei traten zahlreiche kugelförmige Eisenpartikel zutage, teils nur wenige Nanometer groß.
Die Überraschung steckte in ihrer Kristallstruktur: Ein großer Teil des Metalls lag als Gamma-Eisen (γ-Fe) vor. Anders als das gewöhnliche Alpha-Eisen (α-Fe) besitzt es eine flächenzentriert-kubische Anordnung der Atome. Reines Gamma-Eisen ist unter normalen Bedingungen nur zwischen rund 912 und 1.394 Grad Celsius stabil und wandelt sich beim Abkühlen in Alpha-Eisen um.
In den beiden untersuchten Einschlagsgläsern war Gamma-Eisen jedoch die vorherrschende Eisenphase. Die Körnchen waren bei der Analyse längst abgekühlt. Damit belegen die Proben, dass die ungewöhnliche Kristallform unter bestimmten Bedingungen selbst auf der kalten Mondoberfläche erhalten bleiben kann.
Um herauszufinden, wie sich die Körnchen magnetisch verhalten, nutzten die Forscher die sogenannte Elektronenholografie. Dabei machen Veränderungen der Elektronenwellen die magnetischen Felder einzelner Partikel sichtbar. Bei größeren Gamma-Eisen-Körnchen zeigte sich ein überraschendes Muster: Die Magnetisierung verläuft ringförmig in einem einzigen Wirbel.
Auch unter einem von außen angelegten Magnetfeld reagierten diese magnetischen Wirbel stabil. Das Experiment zeigt damit, dass Gamma-Eisen magnetische Informationen als Restmagnetisierung festhalten kann. Bislang war diese besondere Eisenform als möglicher Träger des Mondmagnetismus nicht bekannt.
„Dieses winzige magnetische Fossil könnte uns helfen, die uralte magnetische Geschichte des Mondes besser zu verstehen“, erklärt Dr. Long Li von den Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS).