當(dāng)我們提到玻璃時(shí)，通常想到的是漂亮的落地窗、多彩的玻璃工藝品和隨處可見(jiàn)的電子屏幕等。其實(shí)，玻璃不僅是重要的人造材料，更是自然界中普遍存在的天然物質(zhì)。即使是在荒涼貧瘠的月球表面，仍然存在著由火山噴發(fā)、地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、隕石撞擊等活動(dòng)產(chǎn)生的豐富的玻璃物質(zhì)。許多月球玻璃可以穩(wěn)定存在億萬(wàn)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(shí)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(wàn)年間的重要?dú)v史演化信息，是探索月球奧秘的重要材料。

嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外天體采樣，成功采集返回了迄今為止最高緯度、最為年輕的月壤樣品，為揭示月球起源與演化、認(rèn)識(shí)月球表面和空間環(huán)境、促進(jìn)月球資源原位利用等提供了絕佳機(jī)遇，也為地外玻璃物質(zhì)研究提供了寶貴樣本。

嫦娥五號(hào)月球樣品顯微鏡照片

近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心汪衛(wèi)華院士帶領(lǐng)的非晶團(tuán)隊(duì)從玻璃這一獨(dú)特視角出發(fā)，對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品開(kāi)展了系統(tǒng)的物質(zhì)科學(xué)研究。

團(tuán)隊(duì)白海洋研究員、沈來(lái)權(quán)副研究員、博士后趙睿、博士生常超和懷柔研究部肖東東副研究員等通過(guò)綜合分析月壤中玻璃/非晶物質(zhì)的形態(tài)、成分、微觀結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了多種類型、不同起源的月球玻璃物質(zhì)，構(gòu)建了月壤玻璃/非晶相的分類目錄，并從玻璃形成的角度揭示了采樣點(diǎn)月球表面的空間環(huán)境特征及其對(duì)月表物質(zhì)的改造作用。對(duì)月壤玻璃物質(zhì)的研究也為認(rèn)識(shí)月球的物質(zhì)組成、月表的時(shí)空演化奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為基于月壤資源原位加工制造玻璃材料和器件提供了科學(xué)依據(jù)。

嫦娥五號(hào)月球樣品顯微鏡照片

研究團(tuán)隊(duì)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(dǎo)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)，包括旋轉(zhuǎn)形狀的玻璃珠（球狀、橢球狀、啞鈴狀等）、氣孔構(gòu)造的膠結(jié)質(zhì)、流體形態(tài)的濺射物等。

嫦娥五號(hào)月壤中球狀、橢球狀、啞鈴狀等旋轉(zhuǎn)特征的玻璃珠

月球表面各類玻璃物質(zhì)的不同起源示意圖

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(guān)凝固玻璃的形態(tài)取決于撞擊溫度主導(dǎo)的玻璃形成液體的粘度，由此可反演隕石的撞擊強(qiáng)度。除了熔體冷卻玻璃，月壤顆粒表面還普遍存在著納米尺度的非晶層。精確的結(jié)構(gòu)和成分分析揭示這些納米非晶層具有兩種截然不同的起源：一種是太陽(yáng)風(fēng)粒子注入誘導(dǎo)的輻照損傷作用，將晶態(tài)固體轉(zhuǎn)化成了玻璃態(tài)；一種是高速隕石撞擊導(dǎo)致的熱蒸發(fā)沉積作用，在礦物顆粒表面氣相沉積形成非晶薄膜。

本研究發(fā)現(xiàn)的廣泛分布的氣相沉積非晶層澄清了目前關(guān)于嫦娥五號(hào)月壤顆粒表面是否存在沉積層的爭(zhēng)議。這些熔體冷卻、氣相沉積和離子輻照起源的玻璃物質(zhì)再現(xiàn)了月球表面與空間環(huán)境的相互作用，對(duì)理解月壤的形成與演化具有重要意義。

嫦娥五號(hào)月壤顆粒表面的氣相沉積非晶層

值得注意的是，嫦娥五號(hào)月壤中的玻璃物質(zhì)具有一些和阿波羅月壤顯著不同的特征。首先，研究團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)月壤中首次報(bào)道了天然存在的玻璃纖維。這些具有超高長(zhǎng)徑比的玻璃纖維形成于撞擊過(guò)程中粘稠液體的熱塑成型，就像是實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)熱拉拔的方法制造非晶絲一樣。和低長(zhǎng)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(duì)應(yīng)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。

嫦娥五號(hào)月壤中不同長(zhǎng)徑比的玻璃纖維

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(lái)月球基地建設(shè)提供重要支撐。

此外，研究團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)月壤表面的納米沉積非晶層遠(yuǎn)薄于阿波羅月壤樣品，而且?guī)缀醪缓须y熔元素以及納米金屬鐵顆粒，僅由Si和O組成。這說(shuō)明氣化月表物質(zhì)的微隕石撞擊強(qiáng)度更低，導(dǎo)致每次撞擊事件產(chǎn)生的熱蒸汽量更少，而且溫度更低不足以氣化其他難熔元素。這些特征共同揭示了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月球表面整體上更加溫和的撞擊環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)不僅成功解釋了嫦娥五號(hào)月壤高風(fēng)化程度和低玻璃含量的矛盾，也對(duì)著陸區(qū)月球表面的太空風(fēng)化、光譜特征和水含量等科學(xué)問(wèn)題的研究具有指導(dǎo)意義。