月壤新发现：月球上也有玻璃

李忠东

说到玻璃，相信同学们对它并不陌生。玻璃已经成为我们生产、生活中的重要物质，有着非常广泛的应用。玻璃不仅是重要的人造材料，更是自然界中普遍存在的天然物质。比如地球上的火山活动、陨石撞击、雷击等过程，都能够形成大量的天然玻璃。

近日，中国科学院物理研究所公开宣布，在我国嫦娥五号带回来的月球土壤样本（ 以下简称“嫦娥五号月壤”） 中，首次发现多种类型、不同起源的月球玻璃物质。

重大发现创纪录

嫦娥五号月壤中发现的月球玻璃物质长短尺寸不一，有的直径不到1 微米，有的却有几厘米，而且形态各异，或呈熔渣状，或是圆润的玻璃球。月球玻璃晶莹多彩，因混入不同的氧化物而呈现绿色、黄色、褐色、红色和黑色等。

尤其值得关注的是，科研人员还首次在嫦娥五号月壤中发现了具有超高长径比的天然玻璃纤维，它们来源于撞击过程中黏稠液体的热塑成型。和低长径比的玻璃珠相比，形成这些玻璃纤维的液体黏度要更高。这意味着对应的撞击温度和撞击速率更低，这反映了月球表面较为温和的微撞击事件。

月球上有玻璃！我国科学家的重大发现引起了国际科学界的轰动。美国、德国等国科学家都表示了浓厚的兴趣，希望能够参与到相关的研究中。

悠悠岁月秘密多

和生机勃勃的地球相比，月球一片死寂，环境非常恶劣。由于缺少大气和磁场的保护，月球表面直接暴露在宇宙太空环境中。在月球的演变历史中，经常会有一系列非平衡的物理、化学过程，比如火山噴发、陨石撞击、太阳风和宇宙射线辐照等，为科学家对月球演化历史的研究分析带来了难度。

幸运的是，非平衡的物理、化学过程产生了各种玻璃物质。它们以其无与伦比的稳定性，几十亿年以来在月球环境中保存了和这些过程相关的岩浆物质、陨石碎片、挥发物质和太阳风气体等。月球玻璃是重要的月球资源，也是帮助重构月球演化历史的“日记”。

我国科学家综合分析了嫦娥五号月壤中玻璃物质的形态、成分、微观结构和形成机制，发现月球表面存在着固体、液体、气体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，例如球状、椭球状、哑铃状和泪滴形等多种等旋转形状的玻璃珠，以及气孔构造的胶结质和流体形态的溅射物等。

撞击玻璃

撞击玻璃是由陨石高速撞击月球表面时，熔化物质飞溅出来的熔融液珠在飞行过程中快速冷却形成玻璃颗粒。如果在较低的温度下，熔化的物质黏度较高，在外力的作用下就会被“拔”成纤维，冷却后就会变成比头发丝还细的玻璃纤维。

火山玻璃

月球火山喷发后，在流淌出大量岩浆的同时，还会产生熔岩喷泉，将熔化的岩浆分散为大量细小的液珠。这些细小的液珠快速冷却，形成包含玻璃颗粒的火山碎屑。喷发在月球真空环境中的火山物质可以扩散很远，覆盖广阔的区域。因此，火山玻璃在月球上分布非常广泛。

火山玻璃具有和火山活动一样的年龄，记录着月球内部不同时期、不同地点的重要信息。

胶结质玻璃

如果微陨石撞击导致的局域熔化没有产生足够多的熔融液体以黏结住周围的颗粒，就可能会产生附着在月球颗粒表面的各种胶结质玻璃，通常具有明显的熔化和液体流动的特征。

由于胶结物玻璃是由微陨石撞击风化的月壤时产生，撞击熔化的过程中会释放一部分氢气和氦气，导致在黏稠的熔体中产生气泡，所以内部呈现为多孔结构。胶结质是月壤中独特而重要的组成部分，占月壤的30%。

丰富的胶结质玻璃记录着月球表面频繁的微陨石撞击，存储着大量的氢、氦等太阳风物质，其中最为宝贵的是氦-3，为研究月壤所保存的氦-3 和水等资源提供了重要样本。

宝贵资源价值大

科研价值

通过对月球上的玻璃物质进行分析和研究，科学家可以获得很多关于月球历史、地质、化学、环境等方面的重要信息。比如，通过测定玻璃珠中微量元素和同位素等指标，可以推断出撞击事件发生在什么时候、持续多久等信息；
测定胶结质中气孔或裂缝内残留的气体或水汽等指标，能够分析出撞击事件中涉及哪些气体或水汽、它们来自哪里、含量多少等信息；
在测定溅射物中不同相位或区域之间差异性等指标后，可以掌握撞击事件中涉及哪些液态物质、它们如何流动或飞溅、温度与压力变化如何等信息。

实用价值

撞击玻璃表明月球表面广袤的月壤物质都是潜在的玻璃原料，能够在适当温度下用科学的生产工艺，将它们定型为各种形状的物体。在月球发现玻璃纤维，证明了月壤具有良好的玻璃形成能力和优异的加工定型特性。在对月球玻璃抗辐照性能研究的基础上，可以在月球表面现场制造抗太阳风辐照的光学玻璃，用于未来月球基地的窗子、太阳能板防护罩以及航天员面罩等。

利用月球玻璃良好的光学性能、机械性能和耐高温性能等特点，可以制造各种材料。例如，旋转形状的玻璃珠能有效地收集和聚焦太阳光，可用于制造太阳能电池板，将太阳能转化为电能。再如，利用胶结质玻璃的气孔构造，制造理想的隔音材料。溅射物呈流体形态，用它们制造的建筑材料具有很强的硬度和韧性，还能根据需要调节其透明度或颜色。

未来，人类可以在月球表面就地取材，利用月壤加工生产玻璃建材，而不是从地球运输这些建材物质，可以减少地球资源的消耗，大大降低建立月球科研站和基地的成本。

此外，科学家长期以来对玻璃性质的研究，有效地解码月球玻璃隐藏的秘密；
反之，在月壤中发现的距今34 亿年的火山玻璃和40 亿年的远古撞击玻璃物质，是人类迄今所能获得的最古老的玻璃物质之一，对它们的研究同样能促进对玻璃性质的基础研究。

结构的无序和成分的复杂使玻璃材料的设计异常复杂，需要消耗大量人力、物力进行试错筛选。在玻璃材料设计中，稳定性是一个重要的攻关课题。稳定的玻璃材料用途广泛，不但可以用于抗辐照和超长时间的数据存储，而且能够超长期储存核废料。月球玻璃具有长达亿万年的稳定性和优异的抗辐照能力，是月球严酷的环境自然筛选出来的超稳定玻璃，正好为我们设计超稳定玻璃材料提供了重要的依据。

科研人员可以通过研究和仿制月球玻璃，设计、研制和大量生产超稳定玻璃材料。

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