通過一粒月壤“看清”月球上的太空風化作用機制

經過成千上萬年的風吹、日曬和雨淋，一塊堅硬的巖石最終會風化成肥沃的土壤。風化作用雖然短時間內不易察覺，但卻一直改變著地球上的地形地貌。

不僅地球，月球上的風化作用每天也都在上演。利用多種電鏡技術，我國科研人員“看清”了嫦娥五號月球樣品背后的太空風化作用機制。相關研究成果近日在線發表于《地球物理研究快報》。

“數十億年來，月球表面遭受了強烈的太空風化作用，包括微隕石撞擊、太陽風及銀河宇宙射線的輻射。這些過程極大地改變了月球表面物質的形貌、結構和化學成分。”4月11日，中國科學院地質與地球物理研究所高級工程師谷立新告訴科技日報記者。

類似于地球上的土壤主要是巖石受到風化作用演變而來，月壤也是月巖經過長期的太空風化作用形成的。因此，通過研究月壤，可以深入理解撞擊和太陽風輻射與月球表面物質的相互作用過程與機理，認識月球表面物質演化和空間環境變化過程。

然而，“由于月壤顆粒的尺寸微小且微觀結構復雜，難以區分微隕石撞擊和太陽風輻照的特征差異，目前科學家對太空風化作用機制的認識還不夠清晰。”谷立新強調。

更重要的是，美國阿波羅計劃、蘇聯月球號采集的樣品都處于月球的低緯度范圍，而嫦娥五號采樣點位于中緯度。谷立新表示，嫦娥五號樣品為月球不同緯度的空間風化研究提供了獨特的視角。

為此，研究人員利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細加工、透射電鏡結構解析等一系列分析方法，獲得了單個嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風化作用信息。

“同一個月壤顆粒上的這些物質，受到太空輻照條件的影響是一致的，為我們進行對比研究提供了基礎。”谷立新說。

研究結果顯示，長時間暴露在外的月壤顆粒表面的礦物相都存在富含硅、氧元素的再沉積層，往下是太陽風輻照損傷層。但是，“太陽風輻照損傷層的結構和化學成分變化與基體礦物的種類有關。”谷立新強調。

結合單顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽等物質形貌及內部結構的分析，研究發現，月壤的太空風化作用主要是受到微隕石撞擊、太陽風及宇宙射線的輻照等因素的共同作用。“然而，這些作用的各自貢獻則需要借助于精細的形貌和結構表征才能區分。”谷立新坦言。

通過與阿波羅樣品的分析結果進行對比，研究人員發現，嫦娥五號月球樣品和阿波羅樣品的表層微觀結構特征沒有表現出較大的差異。“這為月球中緯度的太空風化作用提供了更多的認識，也為月球遙感光譜校正模型在月球中緯度的適用性提供了支撐。”谷立新說。

但是，微觀結構的相似性并不意味著月壤表面保存的太陽風注入水沒有差異，關于太陽風注入水還需要進一步研究。

同時，谷立新表示，由于空間風化效應的多樣性，在將月球的空間風化模型擴展到其他無大氣行星時，還需要考慮行星物質組成和空間環境的復雜性。（趙 越 本報記者 陸成寬）