嫦娥五号首次发现月球天然玻璃 建基地的好材料

嫦娥五号首次发现月球天然玻璃建基地的好材料对于嫦娥五号带回的迄今最高纬度、最年轻的月壤样品,中科院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心开展了系统的物质科学研究。通过综合分析月壤中玻璃/非晶物质的形态、成分、微观结构和形成机制,研究团队发现了多种类型、不同起源的月球玻璃物质,构建了月壤玻璃/非晶相的分类目录,并从玻璃形成的角度揭示了采样点月球表面的空间环境特征及其对月表物质的改造作用。研究发现,月球表面存在着固、液、气多种转变路径的玻璃起源。月球表面频繁遭受陨石及微陨石撞击,导致矿物熔化和快速冷却,产生了各种形态的玻璃物质,包括旋转形状的玻璃珠(球状、椭球状、哑铃状等)、气孔构造的胶结质、流体形态的溅射物等。这些撞击起源的玻璃物质,记录了月球表面从数千米到纳米的多尺度撞击事件,而相关凝固玻璃的形态,取决于撞击温度主导的玻璃形成液体的粘度,由此可反演陨石的撞击强度。嫦娥五号月壤中球状、椭球状、哑铃状等旋转特征的玻璃珠嫦娥五号月壤中不同长径比的玻璃纤维尤为值得注意的是,嫦娥五号月壤中的玻璃物质,具有一些和美国阿波罗月壤显著不同的特征。首先,研究团队在嫦娥五号月壤中首次报道了天然存在的玻璃纤维。这些具有超高长径比的玻璃纤维,形成于撞击过程中粘稠液体的热塑成型,就像是实验室中通过热拉拔的方法制造非晶丝一样。和低长径比的玻璃珠相比,形成玻璃纤维的液体粘度更高,意味着对应的撞击温度和撞击速率更低,反映了月球表面较为温和的微撞击事件。这些天然的玻璃纤维证明,月壤具有良好的玻璃形成能力和优异的加工成型特性,肯定了在月球表面就地取材利用月壤加工生产玻璃建材的可行性,将为未来月球基地建设提供重要支撑。此外,嫦娥五号月壤表面的纳米沉积非晶层,远薄于阿波罗月壤样品,而且几乎不含有难熔元素以及纳米金属铁颗粒,仅由Si和O组成。这说明,气化月表物质的微陨石撞击强度更低,导致每次撞击事件产生的热蒸汽量更少,而且温度更低不足以气化其他难熔元素。这一发现不仅成功解释了嫦娥五号月壤高风化程度和低玻璃含量的矛盾,也对着陆区月球表面的太空风化、光谱特征和水含量等科学问题的研究具有指导意义。嫦娥五号月壤颗粒表面的气相沉积非晶层月球表面各类玻璃物质的不同起源示意图...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358547.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1358547.htm

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中国学者在嫦娥五号月壤的太空风化特征及成因方面取得进展相关成果以“来自嫦娥五号年轻富铁玄武岩风化形成的成熟月壤(MaturelunarsoilsfromFe-richandyoungmarebasaltsintheChang’e-5regolithsamples)”为题,于2022年12月12日在《自然·天文》(NatureAstronomy)杂志在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41550-022-01838-1地球上大气、水和生物与地表岩石和矿物相互影响产生了复杂的风化作用,长期以来改变着地表形貌,致使岩石破碎成疏松的土壤。月球上虽没有浓密大气和大规模的液态水,也没有任何形式的生命,但同样存在特殊的“太空风化”过程,甚至作用时间长达数十亿年。高能宇宙射线、太阳风和微流星体撞击是月表太空风化的主控因素。与地球上的风化作用不同的是,月表太空风化在月壤颗粒边缘产生纳米级粒径的金属铁单质(纳米铁),能够改变月表物质的光谱特征。一般来讲,月壤经受太空风化的作用时间越久,其含有的纳米铁越多,月壤也就越为成熟。由于先前Apollo/Luna样品采样点的空间(9°S?27°N)和时间(30?40亿年)局限性,对于月表年轻玄武岩的太空风化作用的研究仍需要新的样品予以约束。2020年12月1日,我国嫦娥五号任务成功着陆于月球风暴洋北部(43.06°N),返回了迄今为止最为年轻(~20亿年)且极为富铁(氧化铁含量百分比~22.5%)的月海玄武岩样品。除了可用的实验室分析月壤的样品之外,嫦娥五号在采样前后对着陆区域进行了原位光谱测量(图),这为研究年轻玄武岩的太空风化机制提供了重要契机。本研究获得了嫦娥五号着陆点月壤层的纳米铁成分组成的百分比(0.48±0.03%)和成熟度指数(~66±3.2)等重要月壤参数,揭示出年轻富铁玄武岩存在特殊的空间风化机制,即在太空风化作用过程中会使该类型月壤更快地产生纳米铁并加速聚集形成粒径更大的金属铁团簇。这为认识月球表面物质与空间环境相互作用提供了全新的视角。嫦娥五号玄武岩尽管很年轻,但嫦娥五号月壤却较为成熟,甚至比部分Apollo月壤的成熟度还高。利用月球轨道探测获取的多光谱遥感图像,本研究获得了嫦娥五号着陆点周围的纳米铁丰度图(图),清晰地显现出反射率图像中无法分辨出的溅射物边界。嫦娥五号恰好着陆在徐光启撞击坑(直径约为400米)的溅射纹之上,这揭示嫦娥五号月壤主要来源于徐光启撞击坑的挖掘作用,而后经历了大约2.4?3亿年的太空风化作用和宇宙暴露历史。该研究综合利用嫦娥五号月壤样品和月面原位光谱等多源数据约束了嫦娥五号月壤的来源和暴露年龄,揭示了月球年轻玄武岩的独特太空风化特征,为富铁月壤中特殊的太空风化机制提供了新的观测证据。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338117.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1338117.htm

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