本工作利用自主研制的量子化学显微镜，对嫦娥五号单颗粒月壤进行了高灵敏度磁成像，首次在微观尺度上直接观测了月壤表面的磁场分布特征。研究突破了传统轨道磁测（公里级）和宏观磁学测量（整体性分析）的局限，实现了微-纳米尺度上磁性信号的分离与识别。结果显示，玄武岩颗粒中的单质铁呈现较弱且定向均一的磁性，指示其记录了岩浆冷却过程中的月球古磁场；而角砾岩颗粒中纳米铁、铁镍合金等载体及裂缝特征则表现不同的磁信号，反映了陨石撞击及太空风化等多个地质过程的影响。该研究将月球磁性探测推进至单颗粒微观层次，为理解月球磁异常起源、磁场演化历史过程提供了直观证据，为我国月球与行星科学研究提供了新的视角。

中文标题：月球尘埃揭秘：浙大显微镜“看清”月球磁场微观遗迹

英文原题：Microscopic magnetic-field imaging of a single lunar dust grain

通讯作者：

冯建东，浙江大学

李金华，中国科学院地质与地球物理研究所

关键词：月壤；显微学；磁成像；量子传感；NV色心

背景介绍

月球这颗陪伴地球数十亿年的卫星，曾经是否拥有全球性磁场？如果存在，它又在何时、以何种机制消失？答案关系到月球内部结构与热演化史。近年来，轨道探测在月表发现分布不均的磁异常，但其来源仍存争议：是来自曾经月球核心发电机的遗迹，还是陨石撞击等局部事件造成的磁化？破解这一问题，关键在于识别月壤中记录磁场的载磁矿物及其磁性特征。然而，传统方法如轨道磁力仪分辨率不足（千米级），振动样品磁强计又只能给出整体平均信息。因此，在单颗粒乃至亚微米尺度上解析磁性分布与来源成为关键。

研究成果

针对这一难题，浙江大学冯建东团队联合中国科学院地质与地球物理研究所李金华团队，利用自主研发的量子化学显微镜对嫦娥五号月壤开展高分辨率磁成像，实现了单颗粒月壤表面磁场分布的直接观测（图1）。 

这项研究的核心利器是基于“氮-空位（NV）色心”技术的量子化学显微镜。这种技术利用金刚石中的量子缺陷作为“超级探针”，实现对微弱磁场的精确探测。研究团队通过优化光学系统和传感器设计，使其具备了以下优势：

1.高空间分辨率：空间分辨率达2.2微米，相当于在头发丝横截面尺度上精确绘制出磁地图，实现月壤表面磁结构的精细观测（图2）。

2.高探测灵敏度：其磁场探测精度达到了地磁场的千分之一，能够捕捉到极其微弱的磁信号。

3.多维度信息获取：不仅实现表面二维磁图成像，还结合三维X射线与磁矢量重构技术，揭示了磁性载体内部的复杂磁畴结构。

通过对嫦娥五号月壤中的玄武岩和角砾岩颗粒进行观测，研究团队首次在微观尺度上“看”到了月球磁性的具体载体与来源。研究发现，月壤的磁性来源复杂：

1.岩浆演化记录：在玄武岩中，磁信号主要和可能与陨硫铁共生的单质铁相关，其方向相对一致，可能保留了早期月球内部发电机活动所产生的古磁场信息。

2.撞击与空间风化：角砾岩中的磁性信号更为强烈且分布复杂，与纳米铁、铁镍合金等载磁矿物及裂隙特征高度吻合，指示其磁性来源与陨石撞击、太空风化等后期改造过程密切相关。

本研究为讨论月球磁异常的成因提供了更直接的微观证据，为我国行星磁场研究提供了全新视角。

未来展望

在未来研究中，团队计划持续优化量子化学显微镜的性能，进一步提升空间分辨率及灵敏度，从而能够观测更微小的磁性颗粒。另一方面，研究还将拓展至更多的嫦娥五号及嫦娥六号返回样品，开展系统的对比分析，为重建月球磁场时空演化过程提供更多可靠数据，进而为深化月球内部结构认知和推动我国深空探测事业向更高水平发展提供重要科学支撑。

引用本文

Yibo Yang,Lin Xing,Zengrong Zhou,  et al. Microscopic magnetic-field imaging of a single lunar dust grain. Fundamental Research.（2026）

原文链接（复制到浏览器中查看）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582500648X

Fundamental Research是由国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文学术期刊。创刊于2021年，期刊立足反映国家自然科学基金资助的优秀成果，全方位报道世界基础研究前沿重要进展和重大创新性成果，提升中国基础研究和中国科学家在国际科学界的显示度和影响力，为中外科学家打造一个高端的国际学术交流平台。内容涵盖数学物理、化学化工、生命科学、地球科学、工程与材料科学、信息科学、管理科学、健康医学、交叉科学等领域，设置Article、Review、Highlight、Perspective、Commentary、Letter和News&Views等栏目。期刊已被ESCI、Scopus、DOAJ、PubMed、CAS（美国化学文摘社）、CSCD（中国科学引文数据库）、CSTPCD（中国科技论文与引文数据库）等国内外知名数据库收录。2024年影响因子6.3，位于综合性期刊Q1区。2024年入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。欢迎广大科研工作者关注、投稿、引用！

期刊主页：

www.keaipublishing.com/en/journals/fundamental-research/

文章阅读：

www.sciencedirect.com/journal/Fundamental-Research

投稿系统：

www.editorialmanager.com/fmre

查看更多本期信息，点击文末“阅读原文”，欢迎阅读、下载及引用！