星空万象

月壤是月球表面广泛分布的一层非常细粒的风化产物。

着陆探测月面实地勘察以及遥感影像研究表明几乎整个月球表面都被月壤覆盖，只有在一些特别陡峭的撞击坑坑壁及陡坎等处，才有基岩出露。年轻的月海区域月壤厚度一般为4—5米，而古老的高地区域可以达10—15米。

目前，科学家研究的月球样品，包括岩石和月壤，其实都采自月壤层。地球土壤的形成是各种地质营力综合作用的结果，基岩经历物理风化、化学风化以及独一无二的生物风化过程从而发生破碎、分解形成土壤。

嫦娥五号玄武岩岩屑光学照片。图片来源：月球样品信息数据库

而月球上高度真空以及非常干燥缺水的环境决定了月壤与地球土壤截然不同的形成过程，在月壤形成过程中，来自外太空的陨石高速撞击导致的机械破碎、翻耕、混合占据了主导作用，月壤形成之后还会受到各种来自太阳及宇宙的微小粒子的持续轰击，物理及化学性质也因此发生改变——科学家将这一系列过程形象地描述为“太空风化”，受太空风化较为严重的月壤则称为“成熟”月壤。

嫦娥五号采集回来的1731克月球“土特产”来自风暴洋东北部玄武岩单元上发育的月壤层，主要由当地基岩（玄武岩熔岩）破碎和风化形成。月壤中通常包含一些外来组分，这是月球上撞击作用频发，导致物质混杂的结果。但实验室研究表明嫦娥五号月壤中外来物质的比例很低，只有5%左右。从嫦娥五号月壤的光学照片可以看出，嫦娥五号月壤呈灰黑色色调，且颗粒较细。实验室月壤粒度分析显示，95%嫦娥五号月壤粒径处于1.40—9.35微米范围（平均粒径为3.96微米），属于黏土—粉砂类。

值得一提的是，嫦娥五号月壤比大多数阿波罗月壤更加细粒。微陨石持续的撞击会使得月壤变得更加细粒，因此月壤粒径也是成熟度的一个指标，嫦娥五号月壤较细的粒径揭示了其较高的成熟度。

嫦娥五号月壤既然主要由当地玄武岩破碎形成，那么在其中发现玄武岩碎片便不足为奇了。我国科研工作者在嫦娥五号月壤中识别出了大量的玄武岩岩屑。在代表性玄武岩岩屑的光学照片中可以看到，组成玄武岩的暗色矿物（富含镁、铁等元素，如辉石、橄榄石和钛铁矿）与亮色矿物（镁、铁含量较低，硅和铝含量较高，如斜长石）。在结构上，这些玄武岩岩屑表现出多样性。在玄武岩岩屑的背散射电子图像中，可以明显看出两颗玄武岩岩屑之间结构的差异：岩屑1质地较细，斜长石和钛铁矿成板条状，并相互交叉在一起，而辉石填补空隙；岩屑2颗粒更为粗大，辉石、长石和钛铁矿都主要呈块状。

嫦娥五号两颗玄武岩岩屑背散射电子图像（A和B）和元素丰度假彩色图（C和D，硅=蓝色，镁=绿色，铁=红色，铝=白色，钙=黄色，钛=粉色，钾=青色）。图片来源：车晓超等

任何事物都有两面性，撞击作用也不例外。

一方面，撞击作用使得组成月壤的物质更加破碎，导致月壤更加细粒；另一方面，高速撞击过程中产生的大量热量也会融化月表物质，从而将小尺寸岩屑、矿物碎片胶结在一起，形成黏结集块岩，这在某种程度上又增加了月壤的粒径。嫦娥五号月壤的黏结集块岩中，黑色有光泽的就是玻璃质物质。

本文节选自《中国国家天文》5月刊《嫦娥五号样品揭秘月球演化》。

致谢：本文受到了中国科协2022年度研究生科普能力提升项目的资助。

作者简介：

乔乐 山东大学（威海）空间科学与物理学院副研究员、硕导，研究方向：月球遥感及地质学。

尹承翔 山东大学（威海）空间科学与物理学院硕士生，研究方向：月球与火星样品分析。

陈剑 山东大学（威海）空间科学与物理学院博士后，研究方向：月球光谱学与物质成分。

付晓辉 山东大学（威海）空间科学与物理学院教授、博导，研究方向：月球与行星表面地质过程。

凌宗成 山东大学（威海）空间科学与物理学院教授、博导，研究方向：行星光谱遥感与深空探测。

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