玉兔二號在月球發現釐米級透明玻璃球：未來理想採樣目標

據微信公號“中國科學雜誌社”2月17日消息，中山大學肖智勇博士領銜的研究團隊，在Science Bulletin 2022年第4期發表了題為“Translucent glass globules on the Moon”的Short Communication論文，報道了玉兔2號月球車在月球背面發現了釐米級直徑的透明玻璃球研究，此類玻璃珠在國際上是首次發現。研究認為貧鐵的斜長巖月殼在高速撞擊作用下，熔融物快速冷凝可形成大量此類透明玻璃球，它們記錄了重要的撞擊過程和撞擊歷史的信息，是未來月球探測任務的理想採樣目標。

高速撞擊作用是塑造月球表面地貌、影響月球地質演化的主要地質營力。在持續的撞擊作用下，月球表面被一層厚度不等的月壤物質覆蓋，其中含有大量的撞擊玻璃。玻璃微珠是月球撞擊玻璃的重要組成部分，形成於氣化物凝結和熔融物冷凝。和月球火山玻璃微珠一樣，月球撞擊玻璃珠的直徑大多遠小於1毫米。撞擊玻璃微珠是反演月壤物質成分、記錄月表撞擊歷史的關鍵載體。

人類首個月球背面軟着陸探測任務——嫦娥四號，在月球上發現了數粒釐米級直徑的半透明的玻璃球。這是國際上首次在月球上發現的手標本大小的、半透明的玻璃球（圖1）。相比之下，阿波羅宇航員在月球上也發現了一些更大的撞擊玻璃球，直徑可達數釐米；這些玻璃球整體呈不透明的黑色，內部常常含有大量的碎屑和氣孔（圖2）。

嫦娥四號月球任務的玉兔2號月球車發現的玻璃球（圖片來源：中國航天局）。

阿波羅任務採集到的月球玻璃球（圖片來源：Lunar and Planetary Institute）

中山大學肖智勇博士領銜的研究團隊，使用玉兔2號搭載的全景相機數據分析了這些透明玻璃球的顏色、形態和產出特徵。研究發現，這些玻璃球不是月球火山活動或外來撞擊體直接降落的產物，它們是成分特殊的撞擊玻璃。參考主要月球岩石的熔體在冷卻時發生結晶的臨界降温速率，研究人員注意到組成月球高地月殼的斜長巖具有很低的鐵含量，其熔體的臨界降温速率小於5 K/s，因此是形成釐米級直徑的透明玻璃珠的最佳原巖。進而，研究人員限定了這些玻璃球沉積時的彈道速度，並使用月球表面的礦物和元素丰度數據，在相應的範圍內尋找可能的母坑。結果發現，着陸點附近很多撞擊事件可能形成了此類玻璃球，它們可能是月球高地月壤上常見的物質。

這項發現對撞擊機理研究具有重要的指示意義：

（1）它們是記錄月球高地的早期撞擊歷史的關鍵信息載體。例如，這些玻璃球的形成過程可能和地球上廣泛分佈的遠撞擊玻璃（俗稱玻璃隕石）相似，將證明遠撞擊玻璃是類地天體上撞擊事件的固有產物；

（2）月球高地上形成的古老撞擊盆地可能也形成了大量的此類玻璃球，其形成年齡是反演內太陽系早期撞擊歷史的重要信息。當然，這些指示意義的挖掘和驗證需要精細的地球化學數據做支撐。

阿波羅宇航員在月球上活動時，曾驚歎這些釐米級直徑的玻璃球十分顯眼。玉兔2號月球車發現的這些玻璃球也非常顯眼，因此未來的月球探測任務，尤其是月球背面的探測任務將有望發現並返回此類樣品。這項發現表明月球斜長巖適用於生產具有良好透光性能的玻璃，未來月球基地的建設可考慮原位使用月球斜長巖作為資源。