通過一粒月壤 “看清”月球上的風化作用

　　◎趙 越 本報記者 陸成寬

　　經(jīng)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(nèi)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(shù)，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(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《地球物理研究快報》。

　　“數(shù)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(zhì)的形貌、結(jié)構(gòu)和化學成分。”4月11日，中國科學院地質(zhì)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(jīng)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(zhì)的相互作用過程與機理，認識月球表面物質(zhì)演化和空間環(huán)境變化過程。

　　然而，“由于月壤顆粒的尺寸微小且微觀結(jié)構(gòu)復雜，難以區(qū)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?！惫攘⑿聫娬{(diào)。

　　更重要的是，美國阿波羅計劃、蘇聯(lián)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(jié)構(gòu)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(zhì)，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(chǔ)?！惫攘⑿抡f。

　　研究結(jié)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(jié)構(gòu)和化學成分變化與基體礦物的種類有關(guān)。”谷立新強調(diào)。

　　結(jié)合單顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽等物質(zhì)形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，研究發(fā)現(xiàn)，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?！叭欢?，這些作用的各自貢獻則需要借助于精細的形貌和結(jié)構(gòu)表征才能區(qū)分?！惫攘⑿绿寡浴?/p>

　　通過與阿波羅樣品的分析結(jié)果進行對比，研究人員發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號月球樣品和阿波羅樣品的表層微觀結(jié)構(gòu)特征沒有表現(xiàn)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?！惫攘⑿抡f。

　　但是，微觀結(jié)構(gòu)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(guān)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(yīng)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(zhì)組成和空間環(huán)境的復雜性。