La Lune n’a pas aujourd’hui de champ magnétique global, mais ses roches et son sol portent encore des traces d’un magnétisme ancien. Aujourd’hui, des scientifiques étudiant le sol renvoyé de l’autre côté de la Lune par la mission chinoise Chang’e-6 ont découvert une forme de fer métallique, appelé fer gamma ou γ-Fe, qui n’avait jamais été identifié auparavant dans des échantillons naturels lunaires.
Les particules de fer à l’échelle nanométrique ont été trouvées enfermées dans de minuscules fragments de verre d’impact, un matériau fondu et trempé lorsque les météorites frappent la surface lunaire. Certaines des plus grosses particules présentent un motif magnétique stable, ce qui suggère qu’elles pourraient agir comme des enregistreurs microscopiques des conditions magnétiques qui existaient au moment de leur formation, selon une étude publiée le 16 septembre dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.
a déclaré Long Li de l’Institut des sciences physiques de Hefei, membre de l’équipe de recherche, dans un communiqué de l’Académie chinoise des sciences. Cette découverte ajoute un nouvel outil à une énigme scientifique de longue date, mais elle ne permet pas encore de savoir quand ni avec quelle intensité le champ magnétique de la Lune agissait.
Une forme de fer qui ne devrait pas survivre
Les atomes de fer peuvent s’empiler dans différents arrangements cristallins en fonction de la température. À température ambiante, le fer ordinaire prend une forme appelée fer alpha. Le fer gamma, avec une structure cubique à faces centrées, n’est normalement stable qu’à haute température. À mesure que le fer refroidit, le fer gamma se réorganise généralement en fer alpha.
La découverte de fer gamma conservé sur la surface froide de la Lune était donc inattendue. L’équipe, dirigée par Haifeng Du du laboratoire de champ magnétique élevé de l’institut des sciences physiques de Hefei, a utilisé la préparation de faisceaux d’ions focalisés, la microscopie électronique à transmission et l’analyse chimique pour examiner les échantillons. Ils ont trouvé de nombreuses particules de fer à l’échelle nanométrique dispersées à travers le verre.
Lorsque les chercheurs ont examiné au hasard 50 particules de fer provenant de deux échantillons de verre à impact, le fer gamma était la structure dominante, a rapporté The Brighter Side of News. L’équipe a également examiné un fragment de basalte provenant du même sol.
Impacts en tant que fournaise et congélateur
Les chercheurs ont proposé que les conditions créées par les impacts contribuent à expliquer pourquoi le fer gamma a survécu. Trois facteurs peuvent agir ensemble : de petites quantités de carbone et d’autres éléments qui stabilisent la structure cristalline, un refroidissement extrêmement rapide du matériau en fusion après un impact et une protection assurée par le verre environnant, qui peut piéger physiquement les particules.
En d’autres termes, les mêmes événements violents qui font fondre le sol lunaire peuvent également geler une forme instable de fer sur place – puis la protéger à l’intérieur d’un verre pendant très longtemps. Cette explication est une proposition basée sur des preuves, et non un processus que l’équipe a observé directement.
Pour tester le comportement magnétique des particules, l’équipe a utilisé l’holographie électronique hors axe, une technique qui cartographie les champs magnétiques à l’échelle nanométrique. Des particules de fer gamma relativement grosses ont formé un état magnétique stable à vortex unique, un arrangement tourbillonnant qui résiste au changement. Ils réagissaient également de manière cohérente lorsqu’ils étaient exposés à un champ magnétique extérieur.
Cette stabilité compte. Un minéral capable de verrouiller un signal magnétique et de le conserver est ce dont les scientifiques ont besoin pour lire les conditions magnétiques anciennes des roches. Les particules de fer gamma ont également montré un signal magnétique plus fort dans les mesures holographiques que les particules de fer alpha proches, ce qui indique une magnétisation potentiellement élevée, selon la couverture du document. Les scientifiques s’appuient traditionnellement sur le fer alpha et les alliages fer-nickel comme principaux enregistreurs magnétiques dans les roches lunaires, donc l’ajout du fer gamma à cette liste élargit la boîte à outils.
Un nouvel indice dans le débat sur la dynamo lunaire
Les échantillons d’Apollo ont montré pour la première fois que certaines roches lunaires étaient magnétisées, ce qui suggère que la Lune possédait autrefois un champ magnétique. Les scientifiques débattent depuis des décennies de la durée de ce champ, de sa force et de la question de savoir si une dynamo centrale, comme celle de la Terre, l’a produit, ou si une partie de la magnétisation provenait d’impacts. La face cachée de la Lune abrite également des anomalies magnétiques inégales cartographiées par des vaisseaux spatiaux en orbite.
Cette étude ne résout pas ces questions – et les auteurs ne prétendent pas le contraire. Il ne mesurait pas la force ou l’âge d’un champ ancien. Au lieu de cela, il identifie un nouveau support magnétique que de futures études pourraient utiliser. L’ensemble de données publié par les chercheurs indique que le fer gamma peut enregistrer la magnétisation rémanente d’un choc, c’est-à-dire le magnétisme acquis lors d’un impact. Cela soulève un problème d’interprétation clé : les signaux contenus dans ces grains peuvent refléter les conditions lors des impacts, et les séparer d’un champ mondial à longue durée de vie nécessitera un travail minutieux.
Étant donné que le fer gamma et le fer alpha se forment dans des conditions différentes et se comportent différemment, chacun pourrait potentiellement enregistrer une étape distincte du même événement d’impact. Les auteurs affirment que des recherches futures sont nécessaires pour déterminer ce que ces minéraux peuvent révéler et comment le champ a évolué au fil du temps.
Sol éloigné et limites de deux échantillons
Chang’e-6 a atterri sur la face cachée de la Lune en juin 2024 et a rapporté les premiers échantillons jamais collectés dans cet hémisphère, dans le vaste bassin Pôle Sud-Aitken. Des analyses antérieures du même matériau ont identifié d’autres minéraux magnétiques formés par impact, notamment des oxydes de fer et la tétrataénite, un minéral fer-nickel, créant ainsi une image d’un mélange magnétique complexe dans le sol de la face cachée.
Les co-auteurs de l’article comprennent les chercheurs en paléomagnétisme Wyn Williams et Ann M. Hirt aux côtés de l’équipe chinoise, selon la référence de la revue. Un communiqué d’EurekAlert sur les travaux a décrit les grains de fer gamma comme un fossile magnétique. Il a examiné un petit nombre de grains provenant de seulement deux échantillons de verre à impact, ce qui montre que le fer gamma existe et peut maintenir un état magnétique stable, et non à quel point il est courant sur la Lune.
Pour les missions futures, y compris le programme Artemis de la NASA, comprendre ce qui transporte le magnétisme dans le sol lunaire aidera les scientifiques à interpréter de nouveaux échantillons et mesures de surface. En fin de compte : une forme rare de fer, apparemment préservée par des impacts de météorites, a été découverte pour la première fois dans des échantillons de la Lune, et elle pourrait devenir une nouvelle façon de lire le passé magnétique de la Lune une fois que les chercheurs apprendront exactement ce que son signal enregistre.
Ce que les lecteurs veulent savoir
Qu’ont trouvé les scientifiques dans les échantillons de Chang’e-6 ?
Ils ont trouvé du fer gamma, une forme de fer métallique à haute température, à l’intérieur des particules de verre d’impact. C’est la première fois que cette forme est identifiée dans des échantillons lunaires naturels.
Qu’est-ce que le fer gamma ?
Il s’agit de fer avec une structure cristalline cubique à faces centrées qui n’est normalement stable qu’à haute température. Il se transforme généralement en fer alpha en refroidissant.
Comment a-t-il survécu sur la Lune ?
Les chercheurs ont proposé que de petites quantités de carbone et d’autres éléments, un refroidissement rapide après les impacts et la protection assurée par le verre environnant contribuaient à sa préservation.
Cela prouve-t-il que la Lune possédait un champ magnétique puissant ?
Non. L’étude n’a pas mesuré la force ou l’âge d’un champ ancien. Il montre que le fer gamma peut conserver un état magnétique stable et enregistrer des informations magnétiques.
D’où viennent les échantillons ?
Du bassin Pôle Sud-Aitken sur la face cachée de la Lune, renvoyé par la mission chinoise Chang’e-6 en 2024.
Qu’est-ce qui vient ensuite ?
Les chercheurs affirment que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour découvrir quelles informations le fer gamma préserve et comment il peut aider à reconstruire l’histoire magnétique de la Lune.
