科学探索|玉兔二号发现厘米级透明的月球玻璃球玉兔二号发现厘米级透明的月

人类首个月球背面软着陆探测任务——嫦娥四号，在月球上发现了数粒厘米级直径的半透明的玻璃球。这是国际上首次在月球上发现的手标本大小的、半透明的玻璃球（图1）。相比之下，阿波罗宇航员在月球上也发现了一些更大的撞击玻璃球，直径可达数厘米；这些玻璃球整体呈不透明的黑色，内部常常含有大量的碎屑和气孔（图2）。

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近日，中山大学肖智勇博士领衔的研究团队，在Science Bulletin 2022年第4期发表了题为“Translucent glass globules on the Moon”的Short Communication论文，报道了玉兔2号月球车在月球背面发现了厘米级直径的透明玻璃球研究，此类玻璃珠在国际上是首次发现。研究认为贫铁的斜长岩月壳在高速撞击作用下，熔融物快速冷凝可形成大量此类透明玻璃球，它们记录了重要的撞击过程和撞击历史的信息，是未来月球探测任务的理想采样目标。
高速撞击作用是塑造月球表面地貌、影响月球地质演化的主要地质营力。在持续的撞击作用下，月球表面被一层厚度不等的月壤物质覆盖，其中含有大量的撞击玻璃。玻璃微珠是月球撞击玻璃的重要组成部分，形成于气化物凝结和熔融物冷凝。和月球火山玻璃微珠一样，月球撞击玻璃珠的直径大多远小于1毫米。撞击玻璃微珠是反演月壤物质成分、记录月表撞击历史的关键载体。
中山大学肖智勇博士领衔的研究团队，使用玉兔2号搭载的全景相机数据分析了这些透明玻璃球的颜色、形态和产出特征。研究发现，这些玻璃球不是月球火山活动或外来撞击体直接降落的产物，它们是成分特殊的撞击玻璃。参考主要月球岩石的熔体在冷却时发生结晶的临界降温速率，研究人员注意到组成月球高地月壳的斜长岩具有很低的铁含量，其熔体的临界降温速率小于5 K/s ，因此是形成厘米级直径的透明玻璃珠的最佳原岩。进而，研究人员限定了这些玻璃球沉积时的弹道速度，并使用月球表面的矿物和元素丰度数据，在相应的范围内寻找可能的母坑。结果发现，着陆点附近很多撞击事件可能形成了此类玻璃球，它们可能是月球高地月壤上常见的物质。
这项发现对撞击机理研究具有重要的指示意义：
（1）它们是记录月球高地的早期撞击历史的关键信息载体。例如，这些玻璃球的形成过程可能和地球上广泛分布的远撞击玻璃（俗称玻璃陨石）相似，将证明远撞击玻璃是类地天体上撞击事件的固有产物；
（2）月球高地上形成的古老撞击盆地可能也形成了大量的此类玻璃球，其形成年龄是反演内太阳系早期撞击历史的重要信息。当然，这些指示意义的挖掘和验证需要精细的地球化学数据做支撑。
阿波罗宇航员在月球上活动时，曾惊叹这些厘米级直径的玻璃球十分显眼。玉兔2号月球车发现的这些玻璃球也非常显眼，因此未来的月球探测任务，尤其是月球背面的探测任务将有望发现并返回此类样品。这项发现表明月球斜长岩适用于生产具有良好透光性能的玻璃，未来月球基地的建设可考虑原位使用月球斜长岩作为资源。