“嫦娥五號(hào)”帶回的土壤中為什么有玻璃？

張雪松

2月22日，“嫦娥五號(hào)”采樣返回探測(cè)器帶回的月壤在人民大會(huì)堂首次公開(kāi)亮相，一部分月壤也已經(jīng)運(yùn)抵國(guó)家博物館，即將面向社會(huì)公眾展出。“嫦娥五號(hào)”任務(wù)不僅是全人類44年來(lái)首次取回月壤，也是我們中國(guó)人第一次取回月壤，中國(guó)月壤的公開(kāi)亮相頓時(shí)引發(fā)了全國(guó)人民的關(guān)注和熱議。

在這些月壤中，我們能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。然而我們常見(jiàn)的玻璃都是人工燒制的產(chǎn)物，月球上哪兒來(lái)的碎小玻璃呢？

美國(guó)“阿波羅”登月是50多年前的事情，美國(guó)和其他國(guó)家的月球基地也還停留在紙面上，很顯然月球上的玻璃并不是人工產(chǎn)物。人造玻璃是在高溫下產(chǎn)生的，同樣的，天然高溫環(huán)境下也會(huì)產(chǎn)生玻璃。

1844年，英國(guó)科學(xué)家達(dá)爾文從澳大利亞獲得了一塊奇怪的玻璃質(zhì)石塊（后來(lái)被命名為達(dá)爾文玻璃），當(dāng)時(shí)對(duì)它的起源主要有兩種解釋：一是地球起源說(shuō)，認(rèn)為它是火山噴發(fā)的產(chǎn)物，或者隕石撞擊地球的產(chǎn)物;二是月球起源說(shuō)，認(rèn)為它是月球火山噴發(fā)或被隕石撞擊后飛濺出來(lái)的。地球起源說(shuō)已經(jīng)被科學(xué)研究推翻，月球起源說(shuō)則得到了人們的普遍認(rèn)同。

在古人想象中，月亮上有嫦娥和玉兔，蘇東坡在千年前還寫下了“月有陰晴圓缺”的名句，但望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明打破了我們美好的幻想。低倍望遠(yuǎn)鏡下月球的環(huán)形山歷歷在目，這些環(huán)形山正是月球被各種隕石撞擊后的產(chǎn)物。

地球表面有一層稠密的大氣層，絕大多數(shù)隕石都沒(méi)落到地面就燃燒殆盡，只有較大的隕石才能落到地面。而月球沒(méi)有稠密大氣層的存在，大小隕石都能撞擊形成隕石坑。由于沒(méi)有大氣層緩沖降低隕石的速度，隕石撞擊月面的速度普遍超過(guò)12千米/秒，碰撞發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊波和熱量，隕石表面和被撞擊的月面在一瞬間迅速熔化甚至氣化，同時(shí)大量物質(zhì)在撞擊時(shí)飛濺而出。無(wú)論是留在月面還是飛濺而出的熔融狀物質(zhì)，在冷卻后都能形成天然的玻璃，這就是“嫦娥五號(hào)”月壤中微小的玻璃狀石塊的來(lái)歷，也解答了達(dá)爾文玻璃的起源。

太陽(yáng)系的大碰撞時(shí)代在39億年前結(jié)束，為月球留下了南極-艾托肯盆地等巨大的撞擊坑。此后隕石撞擊雖然不那么頻繁，但根據(jù)美國(guó)月球勘測(cè)軌道器的觀測(cè)數(shù)據(jù)，月球上撞出隕石坑的形成率比先前的計(jì)算模型高出1/3。雖然月球沒(méi)有活躍的地質(zhì)活動(dòng)，這種頻率的撞擊仍能讓月球在8.1萬(wàn)年后完成一次變臉。換句話說(shuō)，由于月球仍在頻繁被隕石撞擊，大量的玻璃狀物質(zhì)也在源源不斷地產(chǎn)生，哪怕是表層的月壤也會(huì)含有不少玻璃狀物質(zhì)。月球各處的月壤具體成分大不相同，但數(shù)十億年日積月累下來(lái)，厚厚的月壤普遍含有玻璃狀物質(zhì)。