月球上哪来的透明玻璃球？

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。

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）。

嫦娥四号月球任务的玉兔2号月球车发现的玻璃球（图片来源：中国航天局）。

阿波罗任务采集到的月球玻璃球（图片来源：Lunar and Planetary Institute）

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。

关键词： 中山大学