“嫦娥五號”帶回的土壤中為什么有玻璃？

張雪松

2月22日，“嫦娥五號”采樣返回探測器帶回的月壤在人民大會堂首次公開亮相，一部分月壤也已經(jīng)運抵國家博物館，即將面向社會公眾展出。“嫦娥五號”任務(wù)不僅是全人類44年來首次取回月壤，也是我們中國人第一次取回月壤，中國月壤的公開亮相頓時引發(fā)了全國人民的關(guān)注和熱議。

在這些月壤中，我們能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。然而我們常見的玻璃都是人工燒制的產(chǎn)物，月球上哪兒來的碎小玻璃呢？

美國“阿波羅”登月是50多年前的事情，美國和其他國家的月球基地也還停留在紙面上，很顯然月球上的玻璃并不是人工產(chǎn)物。人造玻璃是在高溫下產(chǎn)生的，同樣的，天然高溫環(huán)境下也會產(chǎn)生玻璃。

1844年，英國科學(xué)家達爾文從澳大利亞獲得了一塊奇怪的玻璃質(zhì)石塊（后來被命名為達爾文玻璃），當(dāng)時對它的起源主要有兩種解釋：一是地球起源說，認(rèn)為它是火山噴發(fā)的產(chǎn)物，或者隕石撞擊地球的產(chǎn)物;二是月球起源說，認(rèn)為它是月球火山噴發(fā)或被隕石撞擊后飛濺出來的。地球起源說已經(jīng)被科學(xué)研究推翻，月球起源說則得到了人們的普遍認(rèn)同。

在古人想象中，月亮上有嫦娥和玉兔，蘇東坡在千年前還寫下了“月有陰晴圓缺”的名句，但望遠鏡的發(fā)明打破了我們美好的幻想。低倍望遠鏡下月球的環(huán)形山歷歷在目，這些環(huán)形山正是月球被各種隕石撞擊后的產(chǎn)物。

地球表面有一層稠密的大氣層，絕大多數(shù)隕石都沒落到地面就燃燒殆盡，只有較大的隕石才能落到地面。而月球沒有稠密大氣層的存在，大小隕石都能撞擊形成隕石坑。由于沒有大氣層緩沖降低隕石的速度，隕石撞擊月面的速度普遍超過12千米/秒，碰撞發(fā)生時會產(chǎn)生巨大的沖擊波和熱量，隕石表面和被撞擊的月面在一瞬間迅速熔化甚至氣化，同時大量物質(zhì)在撞擊時飛濺而出。無論是留在月面還是飛濺而出的熔融狀物質(zhì)，在冷卻后都能形成天然的玻璃，這就是“嫦娥五號”月壤中微小的玻璃狀石塊的來歷，也解答了達爾文玻璃的起源。

太陽系的大碰撞時代在39億年前結(jié)束，為月球留下了南極-艾托肯盆地等巨大的撞擊坑。此后隕石撞擊雖然不那么頻繁，但根據(jù)美國月球勘測軌道器的觀測數(shù)據(jù)，月球上撞出隕石坑的形成率比先前的計算模型高出1/3。雖然月球沒有活躍的地質(zhì)活動，這種頻率的撞擊仍能讓月球在8.1萬年后完成一次變臉。換句話說，由于月球仍在頻繁被隕石撞擊，大量的玻璃狀物質(zhì)也在源源不斷地產(chǎn)生，哪怕是表層的月壤也會含有不少玻璃狀物質(zhì)。月球各處的月壤具體成分大不相同，但數(shù)十億年日積月累下來，厚厚的月壤普遍含有玻璃狀物質(zhì)。