月球上哪來的透明玻璃球？

Science Bulletin

玉兔2號月球車在月球背面發(fā)現(xiàn)了厘米級直徑的透明玻璃球，此類玻璃球在國際上是首次發(fā)現(xiàn)。中山大學(xué)肖智勇博士的研究團隊認(rèn)為，貧鐵的斜長巖月殼在高速撞擊作用下，熔融物快速冷凝可形成大量此類透明玻璃球。它們記錄了重要的撞擊過程和撞擊歷史的信息，是未來月球探測任務(wù)的理想采樣目標(biāo)。

高速撞擊作用是塑造月球表面地貌、影響月球地質(zhì)演化的主要地質(zhì)營力。在持續(xù)的撞擊作用下，月球表面被一層厚度不等的月壤物質(zhì)覆蓋，其中含有大量的撞擊玻璃。玻璃微珠是月球撞擊玻璃的重要組成部分，形成于氣化物凝結(jié)和熔融物冷凝。和月球火山玻璃微珠一樣，月球撞擊玻璃微珠的直徑大多遠(yuǎn)小于1毫米。撞擊玻璃微珠是反演月壤物質(zhì)成分、記錄月表撞擊歷史的關(guān)鍵載體。

人類首個月球背面軟著陸探測任務(wù)——嫦娥四號，在月球上發(fā)現(xiàn)了數(shù)粒厘米級直徑的半透明的玻璃球。這是國際上首次在月球上發(fā)現(xiàn)的手標(biāo)本大小的、半透明的玻璃球（圖1）。相比之下，阿波羅宇航員在月球上發(fā)現(xiàn)了一些更大的撞擊玻璃球，直徑可達(dá)數(shù)厘米。這些玻璃球整體呈不透明的黑色，內(nèi)部常常含有大量的碎屑和氣孔（圖2）。

肖智勇博士的研究團隊使用玉兔2號搭載的全景相機數(shù)據(jù)，分析了這些透明玻璃球的顏色、形態(tài)和產(chǎn)出特征。研究發(fā)現(xiàn)，這些玻璃球不是月球火山活動或外來撞擊體直接降落的產(chǎn)物，它們是成分特殊的撞擊玻璃。參考主要月球巖石的熔體在冷卻時發(fā)生結(jié)晶的臨界降溫速率，研究人員注意到，組成月球高地月殼的斜長巖具有很低的鐵含量，其熔體的臨界降溫速率小于5 K/s，是形成厘米級直徑的透明玻璃珠的最佳原巖。接著，研究人員探究發(fā)現(xiàn)，著陸點附近很多撞擊事件可能形成了此類玻璃球。它們可能是月球高地月壤上常見的物質(zhì)。

這項發(fā)現(xiàn)對撞擊機理研究具有重要的指示意義：

（1）它們是記錄月球高地的早期撞擊歷史的關(guān)鍵信息載體。例如，這些玻璃球的形成過程可能和地球上廣泛分布的遠(yuǎn)撞擊玻璃（俗稱玻璃隕石）相似，將證明遠(yuǎn)撞擊玻璃是類地天體上撞擊事件的固有產(chǎn)物。

（2）月球高地上的古老撞擊盆地可能也形成了大量的此類玻璃球，其形成年齡是反演內(nèi)太陽系早期撞擊歷史的重要信息。當(dāng)然，這些指示意義的挖掘和驗證需要精細(xì)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)來支撐。

阿波羅宇航員在月球上活動時，曾驚嘆這些厘米級直徑的玻璃球十分顯眼。玉兔2號月球車發(fā)現(xiàn)的這些玻璃球也非常顯眼，因此未來的月球探測任務(wù)，尤其是月球背面的探測任務(wù)將有望發(fā)現(xiàn)并返回此類樣品。這項發(fā)現(xiàn)表明月球斜長巖適用于生產(chǎn)具有良好透光性能的玻璃，未來月球基地的建設(shè)可考慮原位使用月球斜長巖作為資源。

（選自2022年2月17日“中國科學(xué)雜志社”微信公眾號，本刊有刪改）