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2020年12月，中国的嫦娥五号（Chang’E-5）返回器成功取回约1.73 kg的月壤。与之前的返回样品相比，Chang’E-5样品来自迄今为止免费电子商务年轻的月球区域，年龄约为20亿年，并且位于较高的中高纬度地区，这将大大扩展月球研究的时空边界。
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心汪卫华院士带领的非晶团队对Chang’E-5月壤样品中的玻璃物质进行系统研究。针对月壤粉末样品，该研究结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等显微表征手段综合分析月壤中玻璃/非晶物质的形态、成分和微观结构等，发现多种类型、不同起源的月球玻璃物质，构建月球玻璃/非晶相的分类目录，并从玻璃形成的角度揭示该采样地点较为温和的微陨石撞击环境和独特的太空风化特征，也为基于月壤资源原位加工制造玻璃材料和器件提供科学依据。此成果已经发表于《国家科学评论》2023年第12期，标题为“Diverse glasses revealed from Chang’E-5 lunar regolith”,沈来权副研究员和白海洋研究员为共同通讯作者。
图1：嫦娥五号月壤中球状、椭球状、哑铃状等形态玻璃珠
研究团队明确月球表面存在的液、气、固多种转变路径的玻璃起源。其中，液体冷却产生的玻璃物质主要起源于陨石和微陨石的撞击，包括球状、椭球状、哑铃状等规则形状的玻璃珠、气孔构造的胶结质和流体形态的溅射物等。气体起源的玻璃主要为高速陨石撞击导致的热蒸发沉积作用在月壤颗粒表面形成的沉积非晶层。而由固体形成的玻璃则为太阳风离子注入诱导的辐照损伤破坏矿物表面晶体结构而形成的损伤非晶层。值得注意的是，Chang’E-5月壤中的玻璃物质具有一些和Apollo月壤玻璃显著不同的特征。首先，研究团队在Chang’E-5月壤中首次报道在月球表面天然形成的玻璃纤维。这些玻璃纤维有着远高于一般玻璃颗粒的长径比，形成于撞击过程中较低温的高粘度液体的热塑拉拔成型，相应的撞击过程更为温和。月球玻璃纤维的发现也说明月壤具有突出的玻璃形成能力和可加工成型特性，意味着可在月球表面就地取材利用月壤加工生产玻璃建材。另外，研究团队还发现Chang’E-5月壤表面的撞击沉积非晶层远薄于以往的月壤样品，而且仅由Si和O组成。这说明其对应的微陨石撞击事件更加温和，产生的热蒸发气体量更少，也不足以汽化难熔金属元素。这些发现共同揭示Chang’E-5采样点独特的撞击环境，不仅能够解释Chang’E-5月壤高风化程度和低玻璃含量的矛盾，也为认识该地区月表的太空风化、光谱特征和水含量等科学问题提供启发。
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