玻璃，像“日記”一樣記載著月球活動

月壤是認識地月系統(tǒng)早期演化的窗口，可以啟發(fā)我們?nèi)绾卫迷虑蛸Y源。在對月壤的分析中，研究人員就想，在月壤中，有沒有存在像“日記”一樣的物質(zhì)，記載著月球上發(fā)生的火山噴發(fā)、隕石撞擊、太陽風和宇宙射線輻照等一系列活動呢？

月球環(huán)境非常嚴酷。在月球的演變歷史中，經(jīng)常會有一系列非平衡的物理化學過程，比如火山噴發(fā)、隕石撞擊、太陽風和宇宙射線輻照等等，為分析月球的演化歷史帶來了難度。幸運的是，這些非平衡的物理化學過程產(chǎn)生了各種玻璃物質(zhì)。

玻璃物質(zhì)在人類生活中無處不在，提起玻璃，我們通常會想到漂亮的落地窗、多彩的玻璃工藝品和隨處可見的電子屏幕。其實，玻璃不僅是重要的人造材料，而且是自然界中普遍存在的天然物質(zhì)。就像地球上的琥珀一樣。這些玻璃物質(zhì)以其無與倫比的穩(wěn)定性，幾十億年以來在月球環(huán)境中保存了和這些過程相關的巖漿物質(zhì)、隕石碎片、揮發(fā)物質(zhì)和太陽風氣體等。>>詳情

月球表面隕石撞擊、太陽風輻照等空間活動示意圖（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

在微隕石的作用下，除了留下了撞擊坑，在巖石碎片的表面小尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生熔化，和周圍粘結的碎屑形成膠結質(zhì)玻璃（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

為地外玻璃物質(zhì)研究提供了寶貴樣本

許多月球玻璃可以穩(wěn)定存在億萬年，不僅可以像地球上的琥珀一樣保存古老的月球物質(zhì)，還記錄著其形成時的環(huán)境信息，就像一幀幀的攝影快照一樣記錄著月球億萬年間的重要歷史演化信息，是探索月球奧秘的重要材料。

“嫦娥五號月壤樣品為揭示月球起源與演化、認識月球表面和空間環(huán)境、促進月球資源原位利用等提供了絕佳機遇，也為地外玻璃物質(zhì)研究提供了寶貴樣本。”中科院物理所研究員白海洋說。>>詳情

嫦娥五號月壤中球狀、橢球狀、啞鈴狀等旋轉(zhuǎn)特征的玻璃珠（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

月球撞擊玻璃的形成示意圖（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

撞擊產(chǎn)生的溫度和熔化物質(zhì)的粘度決定了玻璃的形狀（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

研究發(fā)現(xiàn)存在多種轉(zhuǎn)變路徑的玻璃起源

研究人員綜合分析了嫦娥五號月壤樣品中玻璃物質(zhì)的形態(tài)、成分、微觀結構和形成機制。他們發(fā)現(xiàn)，月球表面存在著固、液、氣多種轉(zhuǎn)變路徑的玻璃起源。月球表面頻繁遭受的隕石及微隕石撞擊導致的礦物熔化和快速冷卻，產(chǎn)生了各種形態(tài)的玻璃物質(zhì)，包括球狀、橢球狀、啞鈴狀等旋轉(zhuǎn)形狀的玻璃珠，氣孔構造的膠結質(zhì)，流體形態(tài)的濺射物等。

這些熔體冷卻、氣相沉積和離子輻照產(chǎn)生的玻璃物質(zhì)記載了月球億萬年來的歷史演化信息。

撞擊玻璃記錄著太陽系撞擊歷史；

火山玻璃記錄著巖漿活動等月球內(nèi)部運動；

膠結物玻璃記錄著月球表面頻繁的微隕石撞擊，存儲著大量的氫、氦等太陽風物質(zhì)；

月壤表面非晶層記錄著太空環(huán)境對月表的改造作用，記載著月球表面的太空風化作用信息……

“這些撞擊起源的玻璃物質(zhì)記錄了月球表面從數(shù)千米到納米的多尺度撞擊事件，相關凝固玻璃的形態(tài)取決于撞擊溫度主導的玻璃形成液體的黏度，由此可反推出隕石的撞擊強度，對理解月壤的形成與演化具有重要意義。”中科院物理所趙睿博士介紹。>>詳情

嫦娥五號探測器完成月球表面自動采樣，并按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中（圖片來源：中科院物理所微信公眾號）

未來可能就地取材利用月壤加工生產(chǎn)玻璃

研究團隊在嫦娥五號月壤中首次報道了天然存在的玻璃纖維。這些具有超高長徑比的玻璃纖維形成于撞擊過程中粘稠液體的熱塑成型，就像是實驗室中通過熱拉拔的方法制造非晶絲一樣。和低長徑比的玻璃珠相比，形成玻璃纖維的液體粘度更高，意味著對應的撞擊溫度和撞擊速率更低，反映了月球表面較為溫和的微撞擊事件。

這些天然的玻璃纖維證明月壤具有良好的玻璃形成能力和優(yōu)異的加工成型特性，肯定了在月球表面就地取材利用月壤加工生產(chǎn)玻璃建材的可行性，將為未來月球基地建設提供重要支撐。>>詳情