月球上也有玻璃：嫦娥五号月壤首次发现天然玻璃纤维

研究团队发现月球表面存在着固、液、气多种转变路径的玻璃起源。月球表面频繁遭受的陨石及微陨石撞击导致的矿物熔化和快速冷却产生了各种形态的玻璃物质，包括旋转形状的玻璃珠、气孔构造的胶结质、流体形态的溅射物等。这些撞击起源的玻璃物质记录了月球表面从数千米到纳米的多尺度撞击事件，相关凝固玻璃的形态取决于撞击温度主导的玻璃形成液体的粘度，由此可反演陨石的撞击强度。除了熔体冷却玻璃，月壤颗粒表面还普遍存在着纳米尺度的非晶层。精确的结构和成分分析揭示这些纳米非晶层具有两种截然不同的起源:一种是太阳风粒子注入诱导的辐照损伤作用，将晶态固体转化成了玻璃态；一种是高速陨石撞击导致的热蒸发沉积作用，在矿物颗粒表面气相沉积形成非晶薄膜。本研究发现的广泛分布的气相沉积非晶层澄清了目前关于嫦娥五号月壤颗粒表面是否存在沉积层的争议。这些熔体冷却、气相沉积和离子辐照起源的玻璃物质再现了月球表面与空间环境的相互作用，对理解月壤的形成与演化具有重要意义。

值得注意的是，嫦娥五号月壤中的玻璃物质具有一些和阿波罗月壤显著不同的特征。首先，研究团队在嫦娥五号月壤中首次报道了天然存在的玻璃纤维。这些具有超高长径比的玻璃纤维形成于撞击过程中粘稠液体的热塑成型，就像是实验室中通过热拉拔的方法制造非晶丝一样。和低长径比的玻璃珠相比，形成玻璃纤维的液体粘度更高，意味着对应的撞击温度和撞击速率更低，反映了月球表面较为温和的微撞击事件。这些天然的玻璃纤维证明月壤具有良好的玻璃形成能力和优异的加工成型特性，肯定了在月球表面就地取材利用月壤加工生产玻璃建材的可行性，将为未来月球基地建设提供重要支撑。此外，研究团队统计发现嫦娥五号月壤表面的纳米沉积非晶层远薄于阿波罗月壤样品，而且几乎不含有难熔元素以及纳米金属铁颗粒，仅由 Si 和 O 组成。这说明气化月表物质的微陨石撞击强度更低，导致每次撞击事件产生的热蒸汽量更少，而且温度更低不足以气化其他难熔元素。这些特征共同揭示了嫦娥五号着陆区月球表面整体上更加温和的撞击环境。这一发现不仅成功解释了嫦娥五号月壤高风化程度和低玻璃含量的矛盾，也对着陆区月球表面的太空风化、光谱特征和水含量等科学问题的研究具有指导意义。